(57)【要約】【課題】マニピュレータの制御方法において、マニピュレータをチャンネル部材に挿通して使用部位に送る場合に、簡素な構成であっても挿通動作を容易に行うことができるようにする。【解決手段】筒状部２３の先端に接続された関節２２Ａ、２２Ｂを有する先端屈曲部２５と、これに駆動力を伝達するため筒状部２３の内部に挿通された駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂと、駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂを駆動する駆動モータ３４とを備え、チャンネル部材に挿通することにより使用部位に送られる医療用器具２０の制御方法であって、挿通制御モードを備え、この挿通制御モードでは、駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂに発生する張力を検出し、この張力が予め設定された目標制御範囲となるように、駆動モータ３４による駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂの駆動量を制御することにより、先端屈曲部２５をチャンネル部材に沿う屈曲状態にする方法とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入部の先端に接続された１以上の関節を有する関節構造部と、該関節構造部に駆動力を伝達するため前記挿入部の内部に挿通された動力伝達部材と、該動力伝達部材を駆動する駆動部とを備え、チャンネル部材に挿通することにより使用部位に送られるマニピュレータの制御方法であって、
前記関節構造部を前記チャンネル部材の内部に挿通するための挿通制御モードを備え、
該挿通制御モードでは、
前記動力伝達部材または前記駆動部に発生する負荷量を検出し、
該負荷量が予め設定された目標制御範囲となるように、前記駆動部による前記動力伝達部材の駆動量を制御することにより、前記関節構造部を前記チャンネル部材に沿う屈曲状態にする、
マニピュレータの制御方法。
【請求項２】
前記負荷量は、
前記動力伝達部材に発生する張力である
ことを特徴とする、請求項１に記載のマニピュレータの制御方法。
【請求項３】
前記挿通制御モードでは、
前記関節が周期的に屈曲動作を行う動作指令値を前記駆動部に与えることにより、前記関節を屈曲させつつ前記負荷量を検出し、
前記負荷量の最大値および最小値が、前記目標制御範囲内に収まるように、前記動作指令値を変更する制御を行う
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のマニピュレータの制御方法。
【請求項４】
前記関節構造部が前記関節を複数有する場合に、
前記挿通制御モードでは、
前記関節構造部における制御対象の関節に、前記動作指令値を与える際に、
前記関節構造部における他の関節の屈曲状態を検出し、
該他の関節の屈曲状態に基づいて前記他の関節による相互干渉の影響を除去する補正を入れた動作指令値を与える
ことを特徴とする、請求項３に記載のマニピュレータの制御方法。
【請求項５】
前記動力伝達部材は、前記関節を第１の方向に屈曲させる第１伝達部と、前記関節を前記第１の方向と反対の第２の方向に屈曲させる第２伝達部と、を有し、
前記駆動部は、前記第１伝達部を駆動する第１駆動部と、前記第２伝達部を駆動する第２駆動部とを有し、
前記挿通制御モードでは、
前記第１伝達部および前記第２伝達部に発生する張力をそれぞれ検出し、前記第１駆動部および前記第２駆動部を互いに独立に駆動することにより、前記張力を予め設定された挿通用の初期張力に等しくすることを目標として前記第１伝達部および前記第２伝達部を駆動する制御を行う
ことを特徴とする、請求項２に記載のマニピュレータの制御方法。
【請求項６】
前記動力伝達部材は、前記関節構造部を第１の方向に屈曲させる第１伝達部と、前記関節構造部を前記第１の方向と反対の第２の方向に屈曲させる第２伝達部と、を有し、
前記挿通制御モードでは、
前記第１伝達部および前記第２伝達部に発生する張力をそれぞれ検出して、これらの張力の間の張力差の情報を取得し、
前記張力差を０にすることを目標として前記動力伝達部材を駆動する制御を行う
ことを特徴とする、請求項２に記載のマニピュレータの制御方法。
【請求項７】
前記挿通制御モードにおける前記動力伝達部材の初期張力を、前記使用部位で使用する際の前記動力伝達部材の初期張力よりも低くする
ことを特徴とする、請求項５または６に記載のマニピュレータの制御方法。
【請求項８】
挿入部の先端に接続された１以上の関節を有する関節構造部と、該関節構造部に動力を伝達するため前記挿入部の内部に挿通された動力伝達部材と、該動力伝達部材を駆動する駆動部とを備え、チャンネル部材に挿通することにより使用部位に送られるマニピュレータであって、
前記動力伝達部材または前記駆動部に発生する負荷量を検出する負荷量検出部と、
前記関節構造部の動作制御を行う動作制御部と、
を備え、
前記動作制御部は、
前記関節構造部を前記チャンネル部材の内部に挿通するための挿通制御モードを有しており、
該挿通制御モードでは、
前記負荷量検出部で検出された前記負荷量が予め設定された目標制御範囲となるように、前記駆動部による前記動力伝達部材の駆動量を制御することにより、前記関節構造部を前記チャンネル部材に沿う屈曲状態にする、
マニピュレータ。
【請求項９】
前記負荷量検出部は、
前記負荷量として前記動力伝達部材に発生する張力を検出する
ことを特徴とする、請求項８に記載のマニピュレータ。
【請求項１０】
前記動作制御部は、
前記挿通制御モードでは、
前記関節が周期的に屈曲動作を行う動作指令値を前記駆動部に与えることにより、前記関節を屈曲させつつ前記負荷量を検出し、
前記負荷量の最大値および最小値が、前記目標制御範囲内に収まるように、前記動作指令値を変更する制御を行う
ことを特徴とする、請求項８または９に記載のマニピュレータ。
【請求項１１】
前記関節構造部は、複数の関節を有し、
前記動作制御部は、
前記挿通制御モードでは、
前記関節構造部における制御対象の関節に、前記動作指令値を与える際に、
前記関節構造部における他の関節の屈曲状態を検出し、
該他の関節の屈曲状態に基づいて前記他の関節による相互干渉の影響を除去する補正を入れた動作指令値を与える
ことを特徴とする、請求項１０に記載のマニピュレータ。
【請求項１２】
前記動力伝達部材は、
前記関節を第１の方向に屈曲させる第１伝達部と、前記関節を前記第１の方向と反対の第２の方向に屈曲させる第２伝達部と、を有し、
前記駆動部は、
前記第１伝達部を駆動する第１駆動部と、前記第２伝達部を駆動する第２駆動部とを有し、
前記負荷量検出部は、
前記第１伝達部における張力を検出する第１検出部と、前記第２伝達部における張力を検出する第２検出部とを有し、
前記動作制御部は、
前記挿通制御モードでは、
前記第１駆動部および前記第２駆動部を互いに独立に駆動することにより、前記第１検出部および前記第２検出部で検出した張力を予め設定された挿通用の初期張力に等しくすることを目標として前記第１伝達部および前記第２伝達部を駆動する制御を行う
ことを特徴とする、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１３】
前記動力伝達部材は、
前記関節を第１の方向に屈曲させる第１伝達部と、前記関節を前記第１の方向と反対の第２の方向に屈曲させる第２伝達部と、を有し、
前記負荷量検出部は、
前記第１伝達部における張力を検出する第１検出部と、前記第２伝達部における張力を検出する第２検出部とを有し、
前記動作制御部は、
前記挿通制御モードでは、
前記第１検出部で検出された張力と、前記第２検出部で検出された張力との間の張力差の情報を取得し、
前記張力差を０にすることを目標として前記動力伝達部材を駆動する制御を行う
ことを特徴とする、請求項９に記載のマニピュレータ。
【請求項１４】
前記挿通制御モードにおける前記動力伝達部材の初期張力を、前記使用部位で使用する際の前記動力伝達部材の初期張力よりも低くする
ことを特徴とする、請求項１２または１３に記載のマニピュレータ。
【請求項１５】
請求項８〜１３のいずれか１項に記載のマニピュレータを備える、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、マニピュレータの制御方法、マニピュレータ、およびマニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、人体や装置の内部などで種々の処置を行うため、先端に関節構造部を設けたマニピュレータが知られている。
このようなマニピュレータは、処置対象の内部に延ばされた管状部材の挿入チャンネルに挿通されることにより処置対象の部位に導入される。このため、マニピュレータの関節構造部はチャンネルが湾曲していても挿通可能となるように、軟性の挿入部の先端に設けられており、挿入部の基端部における操作部によって、関節構造部が駆動される。
特許文献１には、このようなマニピュレータの例となる処置具を含む医療装置が記載されている。
この処置具は、駆動部の駆動力によって任意の方向に湾曲する先端湾曲部を持つ挿入部を備えており、処置部位（使用部位）の近傍に先端部が配置された内視鏡装置の処置具チャンネルに挿通して用いられる。
先端湾曲部は、直列に配置された３つの湾曲駒が、２つの関節によって２軸方向に回動可能に連結して構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０１０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の処置具では、硬性の湾曲駒が連結されている先端湾曲部を有するため、挿入部の先端には硬性の部材が位置している。
このような先端湾曲部は、複雑な処置動作を行うためには自由度を増す必要があるため、関節数が増大し、先端湾曲部自体の長さが長くなる傾向にある。
このような処置具の先端湾曲部は、内視鏡装置内の処置具チャンネルに挿通されることにより、使用部位である処置部位の近傍に送られ、使用終了後に処置具チャンネルを通して抜去される。
処置具チャンネルは、処置部位の位置や内視鏡装置を挿入する経路によって、種々の形状に湾曲するため、処置具の挿通時には、先端湾曲部も処置具チャンネルの湾曲に沿って湾曲させる必要がある。
このため、処置具の挿通時には、処置具チャンネルの湾曲に応じて先端湾曲部を湾曲させる操作を行いつつ、挿入していく必要があり、挿通に手間がかかってしまうという問題がある。
また、このとき、湾曲操作が適正に行われないと、処置具チャンネルとの摩擦が大きくなるため、挿通性が悪化するという問題がある。
一方、処置具の駆動部と先端湾曲部の関節との接続を解除できる構成とし、挿通時には接続解除することで、先端湾曲部を湾曲自由な状態として挿通することも考えられる。
しかし、この場合、駆動部が受動的に動くバックドライバビリティがないと、駆動部を連結する際に、挿入された関節が不定の屈曲状態から、駆動部の初期位置に応じて移動するため、予期しない動きが発生するおそれがあるという問題がある。
また、駆動部にバックドライバビリティを持たせる場合、駆動部が大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、マニピュレータをチャンネル部材に挿通して使用部位に送る場合に、簡素な構成であっても挿通動作を容易に行うことができるマニピュレータの制御方法、マニピュレータ、および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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様のマニピュレータの制御方法は、挿入部の先端に接続された１以上の関節を有する関節構造部と、該関節構造部に駆動力を伝達するため前記挿入部の内部に挿通された動力伝達部材と、該動力伝達部材を駆動する駆動部とを備え、チャンネル部材に挿通することにより使用部位に送られるマニピュレータの制御方法であって、前記関節構造部を前記チャンネル部材の内部に挿通するための挿通制御モードを備え、該挿通制御モードでは、前記動力伝達部材または前記駆動部に発生する負荷量を検出し、該負荷量が予め設定された目標制御範囲となるように、前記駆動部による前記動力伝達部材の駆動量を制御することにより、前記関節構造部を前記チャンネル部材に沿う屈曲状態にする方法とする。
【０００７】
上記マニピュレータの制御方法においては、前記負荷量は、前記動力伝達部材に発生する張力であることが好ましい。
【０００８】
上記マニピュレータの制御方法においては、前記挿通制御モードでは、前記関節が周期的に屈曲動作を行う動作指令値を前記駆動部に与えることにより、前記関節を屈曲させつつ前記負荷量を検出し、前記負荷量の最大値および最小値が、前記目標制御範囲内に収まるように、前記動作指令値を変更する制御を行うことが好ましい。
【０００９】
上記マニピュレータの制御方法においては、前記関節構造部が前記関節を複数有する場合に、前記挿通制御モードでは、前記関節構造部における制御対象の関節に、前記動作指令値を与える際に、前記関節構造部における他の関節の屈曲状態を検出し、該他の関節の屈曲状態に基づいて前記他の関節による相互干渉の影響を除去する補正を入れた動作指令値を与えることが好ましい。
【００１０】
上記マニピュレータの制御方法においては、前記動力伝達部材は、前記関節を第１の方向に屈曲させる第１伝達部と、前記関節を前記第１の方向と反対の第２の方向に屈曲させる第２伝達部と、を有し、前記駆動部は、前記第１伝達部を駆動する第１駆動部と、前記第２伝達部を駆動する第２駆動部とを有し、前記挿通制御モードでは、前記第１伝達部および前記第２伝達部に発生する張力をそれぞれ検出し、前記第１駆動部および前記第２駆動部を互いに独立に駆動することにより、前記張力を予め設定された挿通用の初期張力に等しくすることを目標として前記第１伝達部および前記第２伝達部を駆動する制御を行うことが好ましい。
【００１１】
上記マニピュレータの制御方法においては、前記動力伝達部材は、前記関節構造部を第１の方向に屈曲させる第１伝達部と、前記関節構造部を前記第１の方向と反対の第２の方向に屈曲させる第２伝達部と、を有し、前記挿通制御モードでは、前記第１伝達部および前記第２伝達部に発生する張力をそれぞれ検出して、これらの張力の間の張力差の情報を取得し、前記張力差を０にすることを目標として前記動力伝達部材を駆動する制御を行うことが好ましい。
【００１２】
上記マニピュレータの制御方法においては、前記挿通制御モードにおける前記動力伝達部材の初期張力を、前記使用部位で使用する際の前記動力伝達部材の初期張力よりも低くすることが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の態様のマニピュレータは、挿入部の先端に接続された１以上の関節を有する関節構造部と、該関節構造部に動力を伝達するため前記挿入部の内部に挿通された動力伝達部材と、該動力伝達部材を駆動する駆動部とを備え、チャンネル部材に挿通することにより使用部位に送られるマニピュレータであって、前記動力伝達部材または前記駆動部に発生する負荷量を検出する負荷量検出部と、前記関節構造部の動作制御を行う動作制御部と、を備え、前記動作制御部は、前記関節構造部を前記チャンネル部材の内部に挿通するための挿通制御モードを有しており、該挿通制御モードでは、前記負荷量検出部で検出された前記負荷量が予め設定された目標制御範囲となるように、前記駆動部による前記動力伝達部材の駆動量を制御することにより、前記関節構造部を前記チャンネル部材に沿う屈曲状態にする構成とする。
【００１４】
上記マニピュレータにおいては、前記負荷量検出部は、前記負荷量として前記動力伝達部材に発生する張力を検出することが好ましい。
【００１５】
上記マニピュレータにおいては、前記動作制御部は、前記挿通制御モードでは、前記関節が周期的に屈曲動作を行う動作指令値を前記駆動部に与えることにより、前記関節を屈曲させつつ前記負荷量を検出し、前記負荷量の最大値および最小値が、前記目標制御範囲内に収まるように、前記動作指令値を変更する制御を行うことが好ましい。
【００１６】
上記マニピュレータにおいては、前記関節構造部は、複数の関節を有し、前記動作制御部は、前記挿通制御モードでは、前記関節構造部における制御対象の関節に、前記動作指令値を与える際に、前記関節構造部における他の関節の屈曲状態を検出し、該他の関節の屈曲状態に基づいて前記他の関節による相互干渉の影響を除去する補正を入れた動作指令値を与えることが好ましい。
【００１７】
上記マニピュレータにおいては、前記動力伝達部材は、前記関節を第１の方向に屈曲させる第１伝達部と、前記関節を前記第１の方向と反対の第２の方向に屈曲させる第２伝達部と、を有し、前記駆動部は、前記第１伝達部を駆動する第１駆動部と、前記第２伝達部を駆動する第２駆動部とを有し、前記負荷量検出部は、前記第１伝達部における張力を検出する第１検出部と、前記第２伝達部における張力を検出する第２検出部とを有し、前記動作制御部は、前記挿通制御モードでは、前記第１駆動部および前記第２駆動部を互いに独立に駆動することにより、前記第１検出部および前記第２検出部で検出した張力を予め設定された挿通用の初期張力に等しくすることを目標として前記第１伝達部および前記第２伝達部を駆動する制御を行うことが好ましい。
【００１８】
上記マニピュレータにおいては、前記動力伝達部材は、前記関節を第１の方向に屈曲させる第１伝達部と、前記関節を前記第１の方向と反対の第２の方向に屈曲させる第２伝達部と、を有し、前記負荷量検出部は、前記第１伝達部における張力を検出する第１検出部と、前記第２伝達部における張力を検出する第２検出部とを有し、前記動作制御部は、前記挿通制御モードでは、前記第１検出部で検出された張力と、前記第２検出部で検出された張力との間の張力差の情報を取得し、前記張力差を０にすることを目標として前記動力伝達部材を駆動する制御を行うことが好ましい。
【００１９】
上記マニピュレータにおいては、前記挿通制御モードにおける前記動力伝達部材の初期張力を、前記使用部位で使用する際の前記動力伝達部材の初期張力よりも低くすることが好ましい。
【００２０】
本発明の第３の態様のマニピュレータシステムは、上記マニピュレータを備える構成とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のマニピュレータの制御方法、マニピュレータ、およびマニピュレータシステムによれば、動力伝達部材または駆動部に発生する負荷量を検出し、負荷量が予め設定された目標制御範囲となるように、駆動部による動力伝達部材の駆動量を制御することにより、前記関節構造部を前記チャンネル部材に沿う屈曲状態にするため、マニピュレータをチャンネル部材に挿通して使用部位に送る場合に、簡素な構成であっても挿通動作を容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態のマニピュレータシステムの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの先端部の外観を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの模式的な構成図、およびそのＡ視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御方法のフローを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御ブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの挿通時の動作説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御方法における干渉回避の補正の一例を示す模式的なグラフである。
【図９】本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御方法における動作指令値と張力との一例を示す模式的なグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施形態の変形例（第１変形例）のマニピュレータの模式的な構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態のマニピュレータの模式的な構成図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態のマニピュレータの制御ユニットの主要部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態のマニピュレータの制御方法のフローを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第３の実施形態のマニピュレータの模式的な構成図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態のマニピュレータの制御ユニットの主要部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態のマニピュレータの制御方法のフローを示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第３の実施形態の変形例（第２変形例）のマニピュレータおよびマニピュレータシステムの主要部の模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００２４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態のマニピュレータおよびマニピュレータシステムについて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータシステムの全体構成を示す模式的な斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの先端部の外観を示す模式的な斜視図である。図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの模式的な構成図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ視図である。図４は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御ユニットの機能構成を示す機能ブロック図である。
なお、各図面は、模式図のため、寸法や形状は誇張されている（以下の図面も同様）。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のマニピュレータシステム１は、操作者Ｏｐが操作するマスタマニピュレータ２と、医療用器具２０（マニピュレータ）を処置部位に近傍に送る処置用内視鏡装置１０が設けられたスレーブマニピュレータ６とを備える、いわゆるマスタスレーブ方式のシステムである。
マスタマニピュレータ２は、操作者Ｏｐが操作入力を行うマスタアーム３と、処置用内視鏡装置１０を用いて撮影した映像等を表示する表示部４と、マスタアーム３の動作に基づいて、スレーブマニピュレータ６を動作させるための操作指令を生成する制御ユニット５とを備える。
【００２６】
マスタアーム３は、スレーブマニピュレータ６の各部を動作させるための操作部である。また、詳細は図示しないが、マスタマニピュレータ２は、操作者Ｏｐの右手と左手とのそれぞれに対応する一対のマスタアーム３を有している。
マスタアーム３は、例えば、後述する処置用内視鏡装置１０の湾曲部１１Ｂ（図２参照）のように少なくとも１自由度の関節を有するマニピュレータを動作させるために関節構造を有している。
また、マスタアーム３において操作者Ｏｐ側に位置する端部には、例えば、処置用内視鏡装置１０の先端部に把持部を有する場合に、把持部を操作できるような把持操作部（図示略）が設けられている。
【００２７】
表示部４は、後述する処置用内視鏡装置１０に取り付けられた観察部１５（図２参照）によって撮影された処置対象部位の映像や、操作に必要な操作画面や、制御ユニット５からの情報などが表示される装置である。表示部４には、処置用内視鏡装置１０に医療用器具２０が挿通された場合には、図１に示すように、処置対象部位とともに医療用器具２０も表示される。
【００２８】
また、マスタマニピュレータ２では、適宜の操作機能が割り当てられた他の操作部も設けられている。このような操作部の例としては、例えば、ボタン、レバーなどからなる図示略の操作スイッチや、フットスイッチ３ａなどを挙げることができる。
【００２９】
スレーブマニピュレータ６は、患者Ｐが載置される載置台７と、載置台７の近傍に配置された多関節ロボット８とを有する。
多関節ロボット８には処置用内視鏡装置１０が保持されている。処置用内視鏡装置１０には、医療用器具２０を挿通させることが可能である。
多関節ロボット８、処置用内視鏡装置１０は、マスタマニピュレータ２から発せられた動作指令に従って動作する。
ただし、本発明のマニピュレータシステムにおいて、多関節ロボット８は必須ではなく、例えば処置用内視鏡装置１０を図示しない補助者が保持する構成としてもよい。
【００３０】
図２に示すように、処置用内視鏡装置１０は、患者Ｐの体内に挿入するための長尺の部材である外套管１１を有している。
外套管１１は、近位端から遠位端に向かって、可撓性を有する管状の挿入部１１Ｃ（図１参照）、例えば、節輪や湾曲コマ等を備えた周知の湾曲部１１Ｂ、および円柱状の硬質材料で形成された先端部１１Ａを、この順に備える。
湾曲部１１Ｂは、マスタアーム３への操作入力によって、湾曲させることにより先端部１１Ａの向きを変更することができる。湾曲部１１Ｂを湾曲させる機構としては、例えば、節輪や湾曲コマの内周面に挿通され、先端部１１Ａに固定された駆動ワイヤを挿入部１１Ｃ内に挿通させて、近位端側の駆動モータなどで牽引する周知の構成を採用することができる。
挿入部１１Ｃおよび湾曲部１１Ｂの内部には、医療用器具２０等の処置具を処置部位の近傍に送る経路である処置具チャンネル１６（チャンネル部材）が設けられている。
【００３１】
処置具チャンネル１６の基端部（近位端側）は、図１に示すように、挿入部１１Ｃの側方に開口する供給口１６ａ（挿入口）に接続されている。
処置具チャンネル１６は、少なくとも医療用器具２０が挿通可能な内径を有する可撓性の管状部材で形成されている。図２に示すように、処置具チャンネル１６の先端部１６ｂは、先端部１１Ａを軸方向に貫通して、先端部１１Ａの先端面１１ａに開口する貫通孔部１２の基端側に接続されている。
【００３２】
図２に示すように、観察部１５は、処置対象部位を観察するための装置であり、周知の撮像機構１３と照明機構１４とを備える。
撮像機構１３および照明機構１４は、先端部１１Ａの内部に配置され、図示略の電気配線や光ファイバが、湾曲部１１Ｂおよび挿入部１１Ｃの内部に挿通され、制御ユニット５における電気回路や光源に連結されている。
撮像機構１３および照明機構１４は、先端部１１Ａの先端面１１ａにおいて、それぞれ光学的な開口窓を有しており、この開口窓を通して、先端部１１Ａの前方の外光を受光したり、照明光を前方に出射したりすることができる。
【００３３】
医療用器具２０は、複数の関節を有する関節構造部を備えることにより、先端のエンドエフェクタを移動したり、駆動したりするマニピュレータの一例であり、全体として、細長い軸状に形成されている。
図３（ａ）に示すように、医療用器具２０は、関節２２と、関節２２に連結された軸状部２１と、処置対象等を把持する把持部２６と、可撓性を有する管状部材である筒状部２３（挿入部）と、関節２２および把持部２６に駆動力を供給する駆動ユニット３０と、関節２２および把持部２６を操作する操作部３２と、操作部３２の操作に基づいて駆動ユニット３０の動作制御を行う制御ユニット３６（動作制御部）と、を備える。
【００３４】
把持部２６は、医療用器具２０のエンドエフェクタであり、最も先端側（遠位端側）の軸状部２１の先端に取り付けられている。
筒状部２３は、最も基端側（近位端側）の軸状部２１に接続されている。
【００３５】
関節２２は、屈曲用関節であって、動力伝達部材を用いて近位端から、駆動力を伝達することにより屈曲を行う関節であれば、具体的な構成は、特に限定されない。関節２２の屈曲自由度、屈曲方向、屈曲量なども特に限定されない。
以下では、関節２２の一例として、近位端側から順に、医療用器具２０の延在方向に交差する方向に屈曲する関節２２Ｂと、関節２２Ｂの屈曲方向と直交する方向に屈曲する関節２２Ａとを有するものとして説明する。
関節２２Ａ、２２Ｂは、いずれも、図示略のプーリを有しており、それぞれのプーリには、関節２２Ａ、２２Ｂに駆動力を伝達する動力伝達部材である駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂが巻き回されて、その各端部が固定されている。
【００３６】
以下では、関節２２Ａ、２２Ｂ、あるいは駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂの区別を特に明示しない場合や、総称する場合には、添字Ａ、Ｂを省略して、単に、関節２２、駆動ワイヤ２４と称する場合がある。
また、本明細書では、簡単のため、関節２２Ａ、２２Ｂ、あるいは駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂに関連することが明らかな部材や部位の名称においても、対応関係を明示する場合にはそれぞれの符号に添字Ａ、Ｂを付すことにする。これらは特に断らない限り、互いに略同じ（同じ場合を含む）の構成を有している。また、区別を明示する必要がない場合や総称する場合には、添字Ａ、Ｂを省略する。
【００３７】
軸状部２１は、関節２２Ｂによって連結された軸状部２１Ｃ、２１Ｂと、関節２２Ａによって軸状部２１Ｂと連結された軸状部２１Ａとを有する。
このため、軸状部２１Ｃは、医療用器具２０において最も基端側の軸状部２１になっており、関節２２Ｂが接続された端部と反対側の端部が筒状部２３の先端に固定されている。
軸状部２１Ａは、医療用器具２０において最も先端側の軸状部２１になっており、関節２２Ａと反対側の端部である先端に、把持部２６が固定されている。
軸状部２１Ｂの両端部には、関節２２Ｂ、２２Ａが連結されている。
以下では、このような軸状部２１Ｃ、関節２２Ｂ、軸状部２１Ｂ、関節２２Ａ、軸状部２１Ａ、および把持部２６からなる連結体を、先端屈曲部２５（関節構造部）と称する。
【００３８】
軸状部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、先端部１１Ａの貫通孔部１２および処置具チャンネル１６の内径よりも小さい外径を有している。
各関節２２は、連結された軸状部２１の外形よりも突出しない大きさに形成されている。
軸状部２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃのそれぞれの長さは、処置具チャンネル１６が許容される最小の曲率半径に曲げられた場合に、各関節２２を適宜回動することにより先端屈曲部２５が処置具チャンネル１６を挿通できる屈曲状態になるように設定される。
【００３９】
把持部２６は、例えば、処置具や組織等を保持するための一対の把持部材２６ａ、２６ｂと、把持部材２６ａ、２６ｂを回動可能に支持する回動軸２６ｃとを有している。把持部材２６ａ、２６ｂは、後述する把持操作部３２Ｎを操作することにより回動軸２６ｃを中心として回動され、図３（ａ）の矢印のように動いて開閉動作する。
把持部２６の駆動力の伝達手段は、特に限定されず、例えば、図示略の駆動ワイヤによって把持部材２６ａ、２６ｂに連結した図示略のリンクを駆動するなどの手段が可能である。以下では、一例として、駆動ワイヤ２４と同様な駆動ワイヤによって駆動されるものとして説明する。
把持部２６は、図３（ａ）に示すように、被把持物を把持することなく閉じている場合には、連結された軸状部２１の外形よりも突出しない大きさになっている。
このため、先端屈曲部２５は、真直に延ばした状態であって、把持部２６を上記のように閉じた状態では、貫通孔部１２に進退可能に挿入可能な軸状体になっている。
【００４０】
筒状部２３は、例えば、樹脂チューブなどの軟性の筒状部材で構成され、その内部に、駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂなどの挿通物が挿通されている。
駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂは、筒状部２３の基端部から先端のプーリの近傍までの間では、両端部の位置が固定されたシース２７の内部にそれぞれ挿通されている。
各シース２７は、各駆動ワイヤ２４と略同径の内径を有する密巻コイルなどによって形成され、これにより、外力を受けて湾曲しても、ほとんど長さが変化しないようになっている。
【００４１】
筒状部２３における駆動ワイヤ２４以外の挿通物としては、図示は省略するが、例えば、把持部２６を駆動するための操作ワイヤや、観察部１５に接続する電気配線や光ファイバなどの例を挙げることができる。
【００４２】
駆動ユニット３０、操作部３２、および制御ユニット３６は、筒状部２３の基端部に固定され、操作者Ｏｐが手で把持することができるグリップ部３１ａを有する基端部筐体３１の内部または表面に設けられている。
【００４３】
駆動ユニット３０は、駆動ワイヤ２４を駆動して関節２２に、図示略の駆動ワイヤを駆動して把持部２６に、それぞれ駆動力を供給する装置部分である。
駆動ユニット３０は、基端部筐体３１に固定され、関節２２を駆動する駆動ワイヤ２４ごとに設けられた複数の駆動モータ３４（駆動部）と、把持部２６を駆動するための把持駆動部２８（図３（ａ）には図示略、図４参照）を備える。
以下では、駆動モータ３４が関節２２Ａ（２２Ｂ）を駆動するものであることを明示する場合には、駆動モータ３４Ａ（３４Ｂ）のように表すものとする。
【００４４】
図３（ａ）には、駆動ユニット３０の駆動部のうち、一例として、駆動ワイヤ２４Ｂを駆動する駆動モータ３４Ｂを示している。
駆動モータ３４Ｂの出力軸３４Ｂａは、駆動ワイヤ２４Ｂが巻き回された駆動プーリ３３Ｂに連結されており、駆動モータ３４Ｂが回転駆動されると、駆動プーリ３３Ｂが回転して、駆動ワイヤ２４Ｂを回転方向に牽引できるようになっている。
駆動モータ３４Ｂの種類は、動作指令値に基づいて、出力軸３４Ｂａを所定の回転量だけ回転できれば、特に限定されない。例えば、サーボモータ、ステッピングモータ、ＤＣモータなどを採用することができる。
本実施形態では、駆動モータ３４Ｂは、出力軸３４Ｂａの回転位置を検出するエンコーダ３４Ｂｂを有しており、操作部３２の操作に基づいて駆動モータ３４Ｂの駆動制御を行う制御ユニット３６と通信可能に接続されている。
【００４５】
以上、図３（ａ）を参照して、駆動ワイヤ２４Ｂを駆動する駆動モータ３４Ｂおよびこれに関連する部材について説明したが、同様の説明は、図３（ａ）には図示されていない、駆動モータ３４Ａ、出力軸３４Ａａ、駆動プーリ３３Ａ、エンコーダ３４Ａｂにも適用される。
また、把持駆動部２８としては、後述するように、制御方法が異なるのみで駆動モータ３４を同様の駆動モータを採用することができる。
【００４６】
また、本実施形態の駆動ユニット３０には、各駆動ワイヤ２４に発生する負荷量を検出する負荷量検出部として、負荷量を張力として検出する張力検出部３５を備える。
張力検出部３５の構成は、張力が検出できれば特に限定されず、例えば歪ゲージを用いた構成などを採用することができる。
本実施形態では、張力検出部３５の一例として、基端部筐体３１内に挿通される駆動ワイヤ２４に取り付けられたロードセルを採用している。
張力検出部３５は、制御ユニット３６と通信可能に接続されている。
以下では、張力検出部３５が駆動ワイヤ２４Ａ（２４Ｂ）に発生する張力を検出するものであることを明示する場合には、張力検出部３５Ａ（３５Ｂ）のように表すものとする。
【００４７】
操作部３２は、図３（ａ）に示すように、関節２２の動作に関する操作入力を行う関節操作部３２Ｍと、把持部２６の動作に関する操作入力を行う把持操作部３２Ｎとを備える。
【００４８】
関節操作部３２Ｍは、図３（ｂ）に示すように、モード切替スイッチ３２ａと、湾曲操作ボタン３２ｂとを備え、制御ユニット３６と通信可能に接続されている。
モード切替スイッチ３２ａは、関節２２の制御モードを、「挿通制御モード」と「動作制御モード」との間で切り替えるスイッチであり、例えば、押しボタンスイッチ、スライドスイッチ、トグルスイッチなどを採用することができる。
いずれの制御モードが設定されているかは、例えば、スイッチの操作状態や発光表示などで分かるようにしておくことができる。
【００４９】
ここで、「挿通制御モード」とは、医療用器具２０を処置具チャンネル１６に挿入したり、処置具チャンネル１６から抜去したりする挿通動作を行う際に推奨される制御モードである。
本制御モードでは、湾曲操作ボタン３２ｂの操作は無効化され、各関節２２は後述する制御ユニット３６によって自動制御される動作のみが可能になる。
また、本制御モードでは、医療用器具２０の挿通中に把持部２６が開かないように、把持操作部３２Ｎの操作が無効化される。
【００５０】
また、「動作制御モード」とは、操作者Ｏｐが湾曲操作ボタン３２ｂを用いて、先端屈曲部２５を操作できるようにした制御モードであり、医療用器具２０を処置具チャンネル１６に挿通する場合以外に推奨される制御モードである。
本制御モードでは、湾曲操作ボタン３２ｂの操作および把持操作部３２Ｎの操作が有効となる。
【００５１】
湾曲操作ボタン３２ｂは、本実施形態では、モード切替スイッチ３２ａを中心として、円周を４等分する四方の位置にそれぞれ１つずつ設けられている。
モード切替スイッチ３２ａを挟んで対向する湾曲操作ボタン３２ｂの対は、一対が関節２２Ａの回動を操作するためグリップ部３１ａの長手方向に沿って配置され、他の一対が関節２２Ｂの回動を操作するため、これと直交する方向に配置されている。
このため、各湾曲操作ボタン３２ｂの配置は、先端屈曲部２５を医療用器具２０の中心軸線Ｏ（図３（ａ）参照）を中心として湾曲させる湾曲方向を表している。
各湾曲方向における湾曲量と対応する関節２２Ａ、２２Ｂの回動量は、各湾曲操作ボタン３２ｂを押圧している時間を検出することにより設定される。
動作制御モードにおいて、湾曲操作ボタン３２ｂの押圧が検知されると、押圧された湾曲操作ボタン３２ｂの位置と押圧時間とが検出される。これにより、押圧された湾曲操作ボタン３２ｂと押圧時間との情報から、関節２２Ａまたは関節２２Ｂの回動量の操作情報が生成されて制御ユニット３６に送信される。
【００５２】
把持操作部３２Ｎは、医療用器具２０の処置具部分である把持部２６の開閉操作を行うための操作部である。把持操作部３２Ｎは、図３（ａ）に示すように、本実施形態では、操作レバー３２ｃを備え、制御ユニット３６と通信可能に接続されている。
操作レバー３２ｃの移動位置は、把持部２６の開き角と対応づけられており、操作者Ｏｐが操作レバー３２ｃを操作すると、把持操作部３２Ｎにおいて操作レバー３２ｃの移動量が検出され、その移動量に応じて把持部２６の開き量が設定される。
この開き量の情報は、制御ユニット３６に送信される。
【００５３】
次に、制御ユニット３６の機能構成について、説明する。
図４に示すように、制御ユニット３６は、動作指令値設定部１０１Ａ、１０１Ｂ、モータ制御部１００Ａ、１００Ｂ、および把持動作制御部１０２を備える。
【００５４】
動作指令値設定部１０１Ａ（１０１Ｂ）は、関節操作部３２Ｍから送出される関節２２Ａ（２２Ｂ）の操作情報に基づいて、駆動モータ３４Ａ（３４Ｂ）の動作指令値を設定するものである。
【００５５】
ただし、動作指令値設定部１０１Ａは、張力検出部３５Ａから送出される駆動ワイヤ２４Ａの張力の情報と、エンコーダ３４Ａｂ、３４Ｂｂから送出される駆動モータ３４Ａ、３４Ｂの現在の回転位置の情報とに基づき、必要に応じて、関節操作部３２Ｍから送出される操作情報を変更する制御を行う。
また、動作指令値設定部１０１Ｂは、張力検出部３５Ｂから送出される駆動ワイヤ２４Ｂの張力の情報と、エンコーダ３４Ａｂ、３４Ｂｂから送出される駆動モータ３４Ａ、３４Ｂの現在の回転位置の情報とに基づき、必要に応じて、関節操作部３２Ｍから送出される操作情報を変更する制御を行う。
これらの操作情報を変更する制御の詳細については、動作説明とともに後述する。
【００５６】
モータ制御部１００Ａ（１００Ｂ）は、動作指令値設定部１０１Ａ（１０１Ｂ）から送出される動作指令値に基づいて、駆動モータ３４Ａ（３４Ｂ）の回転量の制御を行うものである。
【００５７】
把持動作制御部１０２は、把持操作部３２Ｎから送出される動作指令値に基づいて、把持部２６を駆動する把持駆動部２８の動作制御を行うものである。
【００５８】
このような制御ユニット３６の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより上記のような制御機能を実現する適宜の制御プログラムが実行されるようになっている。
【００５９】
次に、マニピュレータシステム１における医療用器具２０の動作について、本実施形態のマニピュレータの制御方法を中心として説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御方法のフローを示すフローチャートである。図６は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御ブロック図である。図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの挿通時の動作説明図である。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御方法における干渉回避の補正の一例を示す模式的なグラフである。横軸はいずれも時間、縦軸は動作指令値または動作指令値の相当値である。図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態のマニピュレータの制御方法における動作指令値と張力との一例を示す模式的なグラフである。横軸はいずれも時間、縦軸は図９（ａ）は動作指令値、図９（ｂ）は張力である。
【００６０】
マニピュレータシステム１において医療用器具２０を用いて処置を行うには、まず処置用内視鏡装置１０の外套管１１を用いて、処置対象部位に医療用器具２０の先端部分を患者Ｐの体内に挿入し、処置対象部位の近くまで進める。
その際、外套管１１は、体内の挿入経路に応じて一般には湾曲しているため、外套管１１の内部の処置具チャンネル１６も湾曲している。
このような処置具チャンネル１６に、医療用器具２０を挿通していく場合、先端屈曲部２５を処置具チャンネル１６の湾曲状態に沿って湾曲させつつ挿通する必要がある。
本実施形態の医療用器具２０では、以下に説明する本実施形態のマニピュレータの制御方法を実行することにより、このような挿通を容易に行うことができる。
【００６１】
本実施形態のマニピュレータの制御方法は、図５に示すステップＳ１〜Ｓ１１を、図５に示すフローにしたがって実行する方法である。
ステップＳ１は、マニピュレータである医療用器具２０の先端を供給口１６ａに配置するステップである。
本ステップでは、操作者Ｏｐは、把持部２６を閉じた状態として、先端屈曲部２５の少なくとも一部を、把持部２６の側から供給口１６ａに挿入する。このとき、後端側の筒状部２３を操作者Ｏｐの手や適宜の治具などによって支持しておく。
以上で、ステップＳ１が終了する。
【００６２】
次に、ステップＳ２を行う。本ステップは、操作部３２によって挿通制御モードを選択するステップである。
操作者Ｏｐは、操作部３２のモード切替スイッチ３２ａを操作して、挿通制御モードを選択する。
このようにして、挿通制御モードが選択されると、湾曲操作ボタン３２ｂによる操作と操作レバー３２ｃによる操作とが無効化され、先端屈曲部２５の各関節２２が制御ユニット３６から送出される動作指令値によって動作を開始する。
この動作指令値は、所定の振幅を有する周期的な往復回動を行う動作指令値になっている。ただし、この動作指令値は、後述するように、先端屈曲部２５に外力が作用すると、制御ユニット３６によって逐次修正されていく。
以上で、ステップＳ２が終了する。
【００６３】
次に、ステップＳ３を行う。本ステップは、操作者Ｏｐが医療用器具２０の挿通を開始するステップである。
操作者Ｏｐは、先端屈曲部２５および筒状部２３を前進させて、医療用器具２０の挿通を開始する。
以上で、ステップＳ３が終了する。
【００６４】
ステップＳ３が終了すると、制御ユニット３６によって、以下に説明するステップＳ４〜Ｓ１１が行われる。その際、関節２２Ａ、２２Ｂが同時並行的に自動制御されるが、それぞれの制御動作は同様であるため、以下では、関節２２Ａの制御動作を中心として説明する。
まず、制御ユニット３６によって関節２２Ａを制御する際の制御ブロック図である図６を参照して、制御ユニット３６による制御の概要について説明する。
【００６５】
図６に示すように、駆動モータ３４Ａは、動作指令値設定部１０１Ａから送出される動作指令値θｒｅｆを目標値とし、エンコーダ３４Ａｂが検出する駆動モータ３４Ａのエンコーダ出力θ１がフィードバックされることにより、モータ制御部１００Ａによって駆動される。
駆動モータ３４Ａが駆動されると、駆動モータ３４Ａの駆動プーリ３３Ａ（図示略）が回転される。これにより、駆動プーリ３３Ａに巻き回された駆動ワイヤ２４Ａ（図示略）が牽引され、駆動ワイヤ２４Ａが巻き回された図示略のプーリが回動して、関節２２Ａが駆動される。
このため、駆動モータ３４Ａと関節２２Ａとの間には、駆動プーリ３３Ａ、駆動ワイヤ２４Ａ、シース２７、筒状部２３、関節２２Ａにおけるプーリなどからなる伝達系３７Ａが介在している。
【００６６】
本実施形態では、基端部筐体３１内の駆動ワイヤ２４Ａに張力検出部３５Ａが設けられており、駆動ワイヤ２４Ａに発生する張力を検出することができる。
駆動ワイヤ２４Ａに発生する張力は、主として、関節２２Ａに作用する負荷の大きさを表している。
このような負荷は、駆動ワイヤ２４Ａが受ける摩擦力や、関節２２Ａよりも前方の先端屈曲部２５の慣性などによってもある程度は発生するが、関節２２Ａの動きが外力によって拘束される場合に増大しやすい。
例えば、処置具チャンネル１６内を先端屈曲部２５が挿通する際、処置具チャンネル１６の湾曲量に対して関節２２Ａが適切に回動されていないと、関節２２Ａよりも先端の軸状部２１Ａ、把持部２６など（以下、軸状部２１Ａ等と称する）が処置具チャンネル１６の内壁に当接して、処置具チャンネル１６の内壁から外力を受ける。このため、駆動ワイヤ２４Ａに発生する張力が格段に大きくなる。
したがって、予め実験などを行うことにより、駆動ワイヤ２４Ａの張力の大きさによって、軸状部２１Ａ等が処置具チャンネル１６と接しているかどうかを推定することができる。
【００６７】
そこで、本実施形態では、駆動ワイヤ２４Ａの張力を検出しつつ、関節２２Ａを周期的に回動させ、張力がある程度大きくなったら、張力を低減するように、回動量を低減する制御を行う。このような制御を行うと、軸状部２１Ａ等が処置具チャンネル１６から離間しているか、または処置具チャンネル１６と低圧力で接触する状態が得られる。
【００６８】
例えば、一定方向に湾曲した処置具チャンネル１６に先端屈曲部２５の先端が到達した際に、関節２２Ａが周期的に回動しているとする。
例えば、図７（ａ）に示すように、関節２２Ａが、処置具チャンネル１６の湾曲方向と反対方向に回動している場合は、軸状部２１Ａ等が処置具チャンネル１６の内壁に当接して、回動できなくなり、駆動ワイヤ２４Ａの張力が増大する。
一方、図７（ｂ）に示すように、関節２２Ａが、処置具チャンネル１６の湾曲方向と同方向に回動している場合には、軸状部２１Ａ等が処置具チャンネル１６の内壁に当接しにくくなり、当接するとしても駆動ワイヤ２４Ａの張力はあまり増大しない。
【００６９】
したがって、先端屈曲部２５においては、各駆動ワイヤ２４に発生する張力が一定の範囲内になるように、各関節２２を駆動制御すれば、先端屈曲部２５が自動的に処置具チャンネル１６との隙間の範囲内で屈曲を繰り返すことになる。このため、先端屈曲部２５の平均的な屈曲状態が、処置具チャンネル１６の湾曲に沿う状態となる。
この結果、処置具チャンネル１６の湾曲量が変化しても挿通負荷が増大せず、医療用器具２０を処置具チャンネル１６に容易に挿通していくことができる。
ステップＳ４〜Ｓ１１は、このような制御を具体化した一例である。
【００７０】
図５に示すように、ステップＳ４は、挿通制御モードにおける動作指令値の初期値θ（ｔ）を設定するステップである。例えば、図８（ａ）に曲線２００にて模式的に示すように、θ（ｔ）として、振幅α、周期τの正弦関数を採用することができる。すなわち、θ（ｔ）は、次式（１）で表すことができる。
【００７１】
θ（ｔ）＝αｓｉｎ（２πｔ／τ）＋β（ｔ）                    ・・・（１）
【００７２】
ここで、β（ｔ）は、後述する制御に用いるパラメータであり、初期値は、β（ｔ）＝０である。振幅αは、先端屈曲部２５と処置具チャンネル１６との間の最大隙間の半分よりもわずかに小さい値を採用することができる。周期τは、挿通速度に応じて決めればよく、例えば、４ｓｅｃ程度に設定する。
以上で、ステップＳ４が終了する。
【００７３】
次にステップＳ５を行う。本ステップは、動作指令値設定部１０１Ａが、関節２２Ｂのエンコーダ３４Ｂｂからエンコーダ出力θ２を取得し、エンコーダ出力θ２に応じた干渉回避補償量-θｉにより、θ（ｔ）を修正するステップである。
【００７４】
関節２２Ａ、２２Ｂは、それぞれ独立に駆動可能であるが、それぞれの駆動によって先端屈曲部２５の屈曲状態が変化する。この屈曲状態は、先端屈曲部２５の装置条件によっては、駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂの駆動負荷の変化を招くため、駆動モータ３４Ａ（３４Ｂ）の動作指令値が関節２２Ｂ（２２Ａ）の回動量にも影響する場合がある。例えば、駆動ワイヤ２４の経路長は、シース２７内では略一定であるが、関節２２の近傍では駆動ワイヤ２４がシース２７から飛び出しているため、経路長が関節２２の屈曲状態の影響を受ける。
このため、後端側の関節２２Ｂがある方向に回動中であると、その影響を受けて関節２２Ａも動いてしまう場合がある。また、この逆の可能性もある。
このような他の関節部の動きの影響は、装置条件に固有であるため、予め実験をするなどして、調べておくことができる。
例えば、図８（ｂ）に曲線２０１で模式的に示す相互干渉量θｉは、一例として、関節２２Ｂを上記式（１）と同様な動作指令値θ（ｔ）で駆動したときにその影響で動く関節２２Ａの動作量を動作指令値に換算して表示したものである。
このような相互干渉量θｉは、関節２２Ａに関する制御系にとって外乱の一種であるため、除去することが好ましい。
【００７５】
本ステップでは、予め取得され、例えば、データテーブルなどに記憶された相互干渉量θｉを用いて、θ（ｔ）の大きさを修正するフィードフォワード制御を行う。
このため、動作指令値設定部１０１Ａは、エンコーダ出力θ２によって決まる相互干渉量θｉの符号を変えた干渉回避補償値−θｉ（図８（ｃ）の曲線２０２参照）を求めて、θ（ｔ）に加算する（図８（ｄ）の曲線２０３参照）。
以上で、ステップＳ５が終了する。
【００７６】
次にステップＳ６を行う。本ステップは、張力検出部３５Ａから、駆動ワイヤ２４Ａに発生する張力Ｔ１を取得するステップである。
【００７７】
次にステップＳ７を行う。本ステップは、張力Ｔ１の絶対値が、予め決められた閾値Ｔｓｈ（ただし、Ｔｓｈ＞０）以上かどうか判定するステップである。
閾値Ｔｓｈは、軸状部２１Ａ等が、処置具チャンネル１６に接触を開始する時に発生する張力に基づいて設定する。
｜Ｔ１｜が閾値Ｔｓｈ以上の場合には、軸状部２１Ａ等が処置具チャンネル１６に当接している可能が高いため、ステップＳ８に移行する。
｜Ｔ１｜が閾値Ｔｓｈ未満の場合には、軸状部２１Ａ等が処置具チャンネル１６に当接していない可能が高いため、ステップＳ９に移行する。
【００７８】
ステップＳ８は、閾値Ｔｓｈを目標値として｜Ｔ１｜を制御できるようにθ（ｔ）を修正するステップである。
具体的には、動作指令値設定部１０１Ａは、張力Ｔ１と閾値Ｔｓｈの差に応じて、張力Ｔ１が閾値Ｔｓｈに近づくように、θ（ｔ）を修正する。
本実施形態では、一例として、上記式（１）のβ（ｔ）の量を、Ｔ１とＴｓｈの差に基づいて変更する。
図６に示すように、本ステップにおけるこのような制御は、伝達系３７Ａにおける張力Ｔ１を検出出力として、駆動モータ３４Ａをフィードバック制御することに相当している。
以上で、ステップＳ８が終了する。
【００７９】
ステップＳ９は、ステップＳ５と場合によってはステップＳ８とで、修正された後の動作指令値θ（ｔ）をθｒｅｆとして、モータ制御部１００Ａに送出するステップである。
次に、ステップＳ１０を行う。本ステップは、動作指令値θｒｅｆを目標値とし、エンコーダ出力θ１をフィードバックすることにより、モータ制御部１００Ａが駆動モータ３４Ａを駆動するステップである。
動作指令値θｒｅｆとエンコーダ出力θ１の差に基づいた制御信号がモータ制御部１００Ａから駆動モータ３４Ａに送出されると、駆動モータ３４Ａが駆動される。
以上で、ステップＳ１０が終了する。
【００８０】
次にステップＳ１１を行う。本ステップは、挿通制御モードが終了したかどうかを動作指令値設定部１０１Ａが判定するステップである。
本ステップでは、動作指令値設定部１０１Ａは、関節操作部３２Ｍのモード切替スイッチ３２ａから送出されたモード信号Ｍによる制御モードの設定状態を調べる。
制御モードが挿通制御モードに設定されている場合には、ステップＳ４に移行し、ステップＳ４〜Ｓ１１を繰り返す。
制御モードが動作制御モードに設定されている場合には、挿通制御モードを終了する。
【００８１】
このようにして、制御モードが、挿通制御モードである間は、制御ユニット３６によって、駆動モータ３４Ａの動作が自動制御される。
図９（ａ）、（ｂ）に、挿通制御モード時における動作指令値θｒｅｆと張力Ｔ１の一例を模式的に示す。時刻ｔ１〜ｔ２と、時刻ｔ３〜ｔ４の間は、それぞれ軸状部２１Ａ等が処置具チャンネル１６に接した時間である。
【００８２】
例えば、図９（ｂ）に曲線２０５として示すように、時刻ｔ１で、張力Ｔ１がＴｓｈを超えようとすると、図９（ａ）に示すように、動作指令値設定部１０１Ａにより、θｒｅｆが一定値θｍａｘに設定される。
このため、関節２２Ａの回動位置が固定され、軸状部２１Ｂに対する軸状部２１Ａ等の屈曲が一定となるとともに、処置具チャンネル１６の湾曲に沿って屈曲した状態になる。このため、図９（ｂ）に示すように、処置具チャンネル１６からの外力は増大せず、Ｔ１＝Ｔｓｈになっている。
例えば、θｒｅｆが図９（ａ）の曲線２０３のような変化をすると、図９（ｂ）に曲線２０６として示すように、張力Ｔ１の大きさが増大してしまうことになるが、本実施形態の制御方法では、張力Ｔ１の大きさが増大することはない。
【００８３】
時刻ｔ２になると、関節２２Ａは、湾曲形状が異なる処置具チャンネル１６に進むため、軸状部２１Ａ等が、処置具チャンネル１６から完全に離れて、張力Ｔ１の大きさが低下し始める（図９（ｂ）参照）。これにより、θｒｅｆが、正弦波状の変化に戻る（図９（ａ）参照）。
同様に、時刻ｔ３〜ｔ４では、θｒｅｆが一定値θｍｉｎに設定され、Ｔ１＝−Ｔｓｈになる。また、時刻ｔ４以降では、θｒｅｆが、正弦波状の変化に戻り、張力Ｔ１の大きさが低下する。
【００８４】
このようにして、本実施形態の挿通制御モードでは、負荷量である張力が予め予め設定された目標制御範囲である±Ｔｓｈとなるように、駆動モータ３４Ａによる駆動ワイヤ２４Ａの駆動量が制御される。
このような動作は、関節２２Ｂについても同様であるため、先端屈曲部２５の全体が、処置具チャンネル１６内を屈曲しつつ進み、処置具チャンネル１６と当接すると先端屈曲部２５の屈曲量が自動制御されて処置具チャンネル１６の湾曲に沿った屈曲に変化する。
【００８５】
このようにして、先端屈曲部２５が処置具チャンネル１６を抜けたら、操作者Ｏｐは、モード切替スイッチ３２ａを操作して、モード信号Ｍを、挿通制御モードから、動作制御モードに切り替える。
このモード切替が上記ステップＳ１１で検知されると、挿通制御モードが終了して動作制御モードに移行する。
このとき、各関節２２は、制御ユニット３６の制御下にあるため、挿通制御モードの最後の屈曲状態が維持されており、予期しない動きは起こらない。
動作制御モードでは、関節操作部３２Ｍの湾曲操作ボタン３２ｂや、把持操作部３２Ｎの操作レバー３２ｃの操作が有効になる。
このため、操作者Ｏｐは、先端屈曲部２５を使用部位である処置部位の近傍に移動して、例えば、撮像機構１３により撮像されて表示部４に表示された画像などを見ながら、必要な処置動作を行うことができる。
【００８６】
このように、本実施形態のマニピュレータの制御方法によれば、処置具チャンネル１６の湾曲量が変化しても、先端屈曲部２５が自動的に屈曲して、処置具チャンネル１６から受ける外力が低減される。このため、例えば、操作者Ｏｐが、処置具チャンネル１６の湾曲に合うように先端屈曲部２５を操作したりすることなく、容易に医療用器具２０を挿通させていくことができる。
また、先端屈曲部２５に作用する外力が増大すると、自動的に外力を緩和するように、先端屈曲部２５が駆動されるため、各駆動モータ３４は、バックドライバビリティを備える必要がない。このため、各駆動モータ３４には、バックドライバビリティを備える構成を付加しなくてよいため、簡素な構成とすることができる。
【００８７】
［第１変形例］
次に、本実施形態の変形例（第１変形例）のマニピュレータについて説明する。
図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例（第１変形例）のマニピュレータの模式的な構成図である。
【００８８】
図１０に示すように、本変形例の医療用器具４０（マニピュレータ）は、上記第１の実施形態の基端部筐体３１、駆動プーリ３３、駆動モータ３４、および操作部３２に代えて、基端部筐体４１、駆動プーリ４３、駆動モータ４４（駆動部）、および操作部４２を備える。
ここで、駆動プーリ４３、駆動モータ４４は、駆動プーリ３３、駆動モータ３４と同様に関節２２Ａ、２２Ｂに対応してそれぞれ、駆動プーリ４３Ａ、４３Ｂ、駆動モータ４４Ａ、４４Ｂを有するが、図１０では、駆動プーリ４３Ａ、駆動モータ４４Ａの図示は省略している。添字Ａ、Ｂの用法は、上記第１の実施形態と同様である。
医療用器具４０は、上記第１の実施形態の医療用器具２０に代えて、マニピュレータシステム１とともに用いることができる（図１参照）。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８９】
基端部筐体４１は、その内部において駆動プーリ４３を回動可能に固定するとともに、各駆動モータ４４を着脱可能に装着する装置部分であり、筒状部２３の基端部に連結されている。このため、駆動プーリ４３と同軸となる位置に、駆動モータ４４を着脱するための着脱部４１ａを有している。
【００９０】
駆動プーリ４３は、駆動プーリ３３と同様に外周部には駆動ワイヤ２４が巻き回されており、中心部に駆動モータ４４を着脱可能に連結する連結穴部４３ａが設けられている。
【００９１】
駆動モータ４４は、基端部筐体４１の着脱部４１ａと着脱可能に連結する連結部４４ａと、出力軸３４ａの先端部に駆動プーリ４３の連結穴部４３ａと着脱可能に連結する連結軸部４４ｃを備える点を除いて、上記第１の実施形態における駆動モータ３４と同様の構成を有する。
【００９２】
連結部４４ａの構成は、装着時に着脱部４１ａと嵌合して、基端部筐体４１に対する駆動モータ４４の位置を固定できれば、特に限定されず、適宜の凹凸嵌合部を備えるマウント等を採用することができる。
連結軸部４４ｃは、駆動プーリ４３の連結穴部４３ａに対して出力軸３４ａに沿う方向に進退可能に嵌合し、出力軸３４ａ回りに連結穴部４３ａと係合する適宜の凹凸構造を備える。
【００９３】
操作部４２は、操作者Ｏｐが把持可能なグリップ部４６ａを備える操作部本体４６の表面に、上記第１の実施形態と同様の関節操作部３２Ｍと、把持部２６を操作するための把持操作部４２Ｎとが設けられている。
操作部本体４６の内部には、図１０では図示を省略するが、上記第１の実施形態と同様の制御ユニット３６（図４参照）が設けられている。
制御ユニット３６は、操作部本体４６から外部に延ばされた配線ケーブル４６ｂによって、駆動モータ４４およびそのエンコーダ３４ｂと通信可能に接続されている。
本変形例の把持操作部４２Ｎは、操作者Ｏｐが一対のツマミ部４２ａのなす角度を変更することにより、把持部２６の開閉量の操作入力を行う構成を採用している。
【００９４】
このような構成により、本変形例の医療用器具４０は、駆動モータ４４およびこれに接続された操作部４２が、基端部筐体４１に対して着脱可能に設けられている点と、把持部２６の操作入力が把持操作部４２Ｎで行われる点を除いて、医療用器具２０と同様の構成を有する。
これにより、駆動モータ４４および操作部４２が、基端部筐体４１に装着された状態では、上記第１の実施形態と同様のマニピュレータの制御方法を実行することができるため、上記第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００９５】
また、医療用器具４０によれば、駆動モータ４４および操作部４２を基端部筐体４１から外したり、他の基端部筐体４１に装着し直したりすることができる。
このように、駆動モータ４４および操作部４２を基端部筐体４１に着脱可能に取り付けることにより、例えば、使用済みの先端屈曲部２５、筒状部２３を廃棄したり、滅菌したりする場合に、駆動モータ４４および操作部４２を取り外すことができる。
取り外した駆動モータ４４および操作部４２は、新しい医療用器具４０の基端部筐体４１や滅菌後の医療用器具４０の基端部筐体４１に装着することで再使用することができる。
【００９６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態のマニピュレータについて説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態のマニピュレータの模式的な構成図である。図１２は、本発明の第２の実施形態のマニピュレータの制御ユニットの主要部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【００９７】
図１１に示すように、本実施形態の医療用器具６０（マニピュレータ）は、上記第１の実施形態の駆動モータ３４、張力検出部３５、および制御ユニット３６に代えて、駆動モータ６４Ｌ（第１駆動部、駆動部）、駆動モータ６４Ｒ（第２駆動部、駆動部）、張力検出部６５Ｌ（第１検出部、負荷量検出部）、張力検出部６５Ｒ（第２検出部、負荷量検出部）、および制御ユニット６６（動作制御部）を備える。
ここで、駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、張力検出部６５Ｌ、６５Ｒは、関節２２Ａ、２２Ｂに対応して、それぞれ駆動モータ６４ＡＬ、６４ＡＲ、６４ＢＬ、６４ＢＲ、張力検出部６５ＡＬ、６５ＡＲ、６５ＢＬ、６５ＢＲを有する。ただし、図１１では、駆動モータ６４ＡＬ、６４ＡＲ、張力検出部６５ＡＬ、６５ＡＲと同様の構成を有する駆動モータ６４ＢＬ、６４ＢＲ、張力検出部６５ＢＬ、６５ＢＲの図示は省略している。添字Ａ、Ｂの用法は、上記第１の実施形態と同様である。
また、基端部筐体３１および操作部３２の構成は、上記第１の実施形態と同様であるが、図１１ではより簡略化して描かれている。
医療用器具６０は、上記第１の実施形態の医療用器具２０に代えて、マニピュレータシステム１とともに用いることができる（図１参照）。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００９８】
駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、制御ユニット６６からの制御信号に基づいて、それぞれ、基端部筐体３１に導入された駆動ワイヤ２４の両端部を、それぞれ独立に駆動する駆動部であり、制御ユニット６６と通信可能に接続されている。
駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、駆動モータ３４と同様の出力軸３４ａを備え、エンコーダ３４ｂと同様のエンコーダ６４Ｌｂ、６４Ｒｂをそれぞれ有している。
駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒの各出力軸３４ａの先端には、駆動ワイヤ２４の端部を巻き回して固定する駆動プーリ６３が設けられている。
【００９９】
張力検出部６５Ｌ、６５Ｒは、基端部筐体３１に導入された駆動ワイヤ２４の一端部である第１ワイヤ部２４Ｌ（第１伝達部）と、他端部である第２ワイヤ部２４Ｒ（第２伝達部）とにそれぞれ発生する張力を検出するものであり、制御ユニット６６と通信可能に接続されている。
張力検出部６５Ｌ、６５Ｒの構成は、上記第１の実施形態における張力検出部３５と同様の構成を採用することができる。
【０１００】
図１２に示すように、制御ユニット６６は、上記第１の実施形態の制御ユニット３６のモータ制御部１００Ａ、動作指令値設定部１０１Ａに代えて、モータ制御部１００ＡＬ、１００ＡＲ、動作指令値設定部１６１ＡＬ、１６１ＡＲを備える。
また、図１２では図示を省略しているが、上記第１の実施形態の制御ユニット３６のモータ制御部１００Ｂ、動作指令値設定部１０１Ｂに代えて、モータ制御部１００ＢＬ、１００ＢＲ、動作指令値設定部１６１ＢＬ、１６１ＢＲを備える。モータ制御部１００ＢＬ、１００ＢＲ、動作指令値設定部１６１ＢＬ、１６１ＢＲは、モータ制御部１００ＡＬ、１００ＡＲ、動作指令値設定部１６１ＡＬ、１６１ＡＲと同様の構成を有する。
以下では、これらの部材について、駆動モータ６４ＡＬ（６４ＡＲ）、６４ＢＬ（６４ＢＲ）のどちらに関係するか問わない場合や、両方を総称する場合には、添字Ａ、Ｂを省略して、モータ制御部１００Ｌ、１００Ｒ、動作指令値設定部１６１Ｌ、１６１Ｒと称する場合がある。
【０１０１】
制御ユニット６６が行う具体的な制御動作については、後述の動作説明にて説明する。
制御ユニット６６は、上記第１の実施形態と同様に、他の関節部による相互干渉を除去する補正を行うように構成することが可能であるが、相互干渉が十分小さい場合には、相互干渉を除去する補正を行わなくてもよい。以下では、簡単のため、相互干渉を除去する補正を行わない構成の例で説明する。
【０１０２】
このような制御ユニット６６の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより上記のような各機能構成の制御機能を実現する適宜の制御プログラムが実行されるようになっている。
【０１０３】
次に、マニピュレータシステム１における医療用器具６０の動作について、本実施形態のマニピュレータの制御方法を中心として説明する。
図１３は、本発明の第２の実施形態のマニピュレータの制御方法のフローを示すフローチャートである。
【０１０４】
本実施形態のマニピュレータの制御方法は、図１３に示すステップＳ２１〜Ｓ２７を、図１３に示すフローにしたがって実行する方法である。
ステップＳ２１は、上記第１の実施形態の医療用器具２０に代えて、医療用器具６０の先端を供給口１６ａに配置する以外は、上記第１の実施形態のステップＳ１と同様のステップである。
【０１０５】
次に、ステップＳ２２を行う。本ステップは、操作部３２によって挿通制御モードを選択するステップである。
操作者Ｏｐは、操作部３２のモード切替スイッチ３２ａを操作して、挿通制御モードを選択する。
このようにして、挿通制御モードが選択されると、上記第１の実施形態と同様に、湾曲操作ボタン３２ｂによる操作と操作レバー３２ｃによる操作とが無効化される。
ただし、本実施形態では、制御ユニット６６からは、先端屈曲部２５の各関節２２に対して、先端屈曲部２５を直線状に整列させる動作が指令される。
以上で、ステップＳ２２が終了する。
【０１０６】
次に、ステップＳ２３を行う。本ステップは、各駆動ワイヤ２４の初期張力を、動作制御モード時の初期張力よりも低い挿通用の初期張力Ｔ０に設定するステップである。
動作制御モード時には、先端屈曲部２５がある程度の外力を受けても、駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒの駆動力が関節２２に伝達されるような初期張力が与えられている。
本ステップにおける挿通用の初期張力Ｔ０は、外力が作用しない関節２２を駆動できる程度の張力であって、かつ、挿通時に操作者Ｏｐが押し込む力の反作用を処置具チャンネル１６から受けた場合にも駆動力が伝達できる程度の張力とする。
このような初期張力Ｔ０は、本実施形態では、各駆動ワイヤ２４を牽引する駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒの回転位置を調整して、第１ワイヤ部２４Ｌ、第２ワイヤ部２４Ｒを適宜量だけ繰り出すことにより実現される。
このような繰り出し量は、予め、各動作指令値設定部１６１Ｌ、１６１Ｒに記憶されている。各動作指令値設定部１６１Ｌ、１６１Ｒは、関節操作部３２Ｍから挿通制御モードに切り替えるモード信号Ｍを受信すると、繰り出し量に相当する回動を行うための動作指令値を、モータ制御部１００Ｌ、１００Ｒに送信する。
これにより、各駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、モータ制御部１００Ｌ、１００Ｒからの制御信号に応じて回動し、各第１ワイヤ部２４Ｌ、第２ワイヤ部２４Ｒの初期張力Ｔ０が設定される。
以上で、ステップＳ２３が終了する。
【０１０７】
次に、ステップＳ２４を行う。本ステップは、操作者Ｏｐが医療用器具６０の挿通を開始するステップである。
操作者Ｏｐは、先端屈曲部２５および筒状部２３を前進させて、医療用器具６０の挿通を開始する。
以上で、ステップＳ２４が終了する。
【０１０８】
ステップＳ２４が終了すると、制御ユニット６６によって、以下に説明するステップＳ２５〜Ｓ２７が行われる。その際、関節２２Ａ、２２Ｂが同時並行的に自動制御されるが、それぞれの制御動作は同様であるため、以下では、関節２２Ａの制御動作を中心として説明する。
【０１０９】
ステップＳ２５は、駆動ワイヤ２４Ａの第１ワイヤ部２４ＡＬ、第２ワイヤ部２４ＡＲに発生する張力ＴＬ、ＴＲを取得するステップである。
先端屈曲部２５は、ステップＳ２２において真直状態に初期化されているため、処置具チャンネル１６において湾曲している部分まで挿入されると、先端屈曲部２５が処置具チャンネル１６と当接して、処置具チャンネル１６から反作用を受ける。
これにより、先端屈曲部２５は、処置具チャンネル１６の湾曲形状に応じて屈曲する方向に外力を受ける。例えば、関節２２Ａが屈曲するような湾曲形状であれば、駆動ワイヤ２４Ａに外力負荷が伝達されて、第１ワイヤ部２４ＡＬ、第２ワイヤ部２４ＡＲにおける張力ＴＬ、ＴＲが初期張力Ｔ０から変化する。
これらの張力ＴＬ、ＴＲは、張力検出部６５ＡＬ、６５ＡＲによって検出され、それぞれ動作指令値設定部１６１ＡＬ、１６１ＡＲに送出される。
これにより、張力ＴＬ、ＴＲが取得される。
以上で、ステップＳ２５が終了する。
【０１１０】
次にステップＳ２６を行う。本ステップは、張力ＴＬ、ＴＲが挿通用の初期張力Ｔ０になるように、駆動モータ６４ＡＬ、６４ＡＲを駆動制御するステップである。
具体的には、動作指令値設定部１６１ＡＬ（１６１ＡＲ）が、張力ＴＬ（ＴＲ）を検出出力とし、初期張力Ｔ０を目標値とするフィードバック制御を行うための動作指令値をモータ制御部１００ＡＬ（１００ＡＲ）に送出する。
動作指令値を受信したモータ制御部１００ＡＬ（１００ＡＲ）は、駆動モータ６４Ｌ（６４Ｒ）に動作指令値に応じた制御信号を送出して、駆動モータ６４Ｌ（６４Ｒ）を駆動する。
【０１１１】
例えば、ＴＬ＞Ｔ０＞ＴＲの場合、先端屈曲部２５は、軸状部２１Ａが関節２２Ａを中心として図１１における矢印Ｒ方向に回動するような外力を受けている。
このため、張力ＴＬ、ＴＲを初期張力Ｔ０に近づけるには、第１ワイヤ部２４ＡＬを繰り出し、第２ワイヤ部２４ＡＲを牽引するような駆動が行われる。
このようにして、張力が初期張力Ｔ０に補正された状態は、先端屈曲部２５に外力が作用しない状態になっており、軸状部２１Ｂ、２１Ａは、処置具チャンネル１６の湾曲に沿うような角度に屈曲されている状態である。
以上で、ステップＳ２６が終了する。
【０１１２】
次にステップＳ２７を行う。本ステップは、挿通制御モードが終了したかどうかを動作指令値設定部１６１ＡＬ（１６１ＡＲ）が判定するステップである。
本ステップでは、動作指令値設定部１６１ＡＬ（１６１ＡＲ）は、関節操作部３２Ｍのモード切替スイッチ３２ａから送出されたモード信号Ｍによる制御モードの設定状態を調べる。
制御モードが挿通制御モードに設定されている場合には、ステップＳ２５に移行し、ステップＳ２５〜Ｓ２７を繰り返す。
制御モードが動作制御モードに設定されている場合には、挿通制御モードを終了する。
【０１１３】
このようにして、先端屈曲部２５が処置具チャンネル１６を抜けたら、上記第１の実施形態と同様に、操作者Ｏｐは、モード切替スイッチ３２ａを操作して、モード信号Ｍを、挿通制御モードから、動作制御モードに切り替える。
このようなモード切替が、上記ステップＳ２７で検知されると、挿通制御モードを終了して動作制御モードに移行する。
動作制御モードでは、上記第１の実施形態と同様にして、必要な処置動作を行うことができる。
【０１１４】
本実施形態のマニピュレータの制御方法によれば、制御モードが、挿通制御モードである間は、先端屈曲部２５に作用する外力に応じて発生する各駆動ワイヤ２４の張力が、挿通用の初期張力Ｔ０になるように、各関節２２の回動量が制御される。
これにより、先端屈曲部２５は、処置具チャンネル１６の湾曲に沿う屈曲状態に自動制御されていくため、処置具チャンネル１６の湾曲量が変化しても、例えば、操作者Ｏｐが、処置具チャンネル１６の湾曲に合うように先端屈曲部２５を操作したりすることなく、容易に医療用器具６０を挿通させていくことができる。
その際、医療用器具６０では、挿通時に各駆動ワイヤ２４の初期張力Ｔ０を動作制御モード時の初期張力よりも低くしているため、先端屈曲部２５が処置具チャンネル１６と当接することによる張力の変化がより少なくなる。これにより、挿通時の平均的な抵抗が低減されるため、軽荷重で挿通させることが可能である。
また、医療用器具６０では、第１ワイヤ部２４Ｌ、第２ワイヤ部２４Ｒをそれぞれ独立駆動可能な駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒによって駆動するため、それぞれの張力の変化に迅速に追従することができる。このため、初期張力Ｔ０が小さくても、駆動ワイヤ２４が外れたりすることを防止できる。
【０１１５】
また、先端屈曲部２５に作用する外力が増大すると、自動的に外力を緩和するように、先端屈曲部２５が駆動されるため、各駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒは、バックドライバビリティを備える必要がない。このため、各駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒには、バックドライバビリティを備える構成を付加しなくてよいため、簡素な構成とすることができる。
【０１１６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態のマニピュレータについて説明する。
図１４は、本発明の第３の実施形態のマニピュレータの模式的な構成図である。図１５は、本発明の第３の実施形態のマニピュレータの制御ユニットの主要部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【０１１７】
図１４に示すように、本実施形態の医療用器具７０（マニピュレータ）は、上記第２の実施形態の駆動モータ６４Ｌ、６４Ｒ、および制御ユニット３６に代えて、上記第１の実施形態と同様の駆動モータ３４、および制御ユニット７６（動作制御部）を備える。
ここで、駆動モータ３４、張力検出部６５Ｌ、６５Ｒは、関節２２Ａ、２２Ｂに対応して、それぞれ駆動モータ３４Ａ、３４Ｂ、張力検出部６５ＡＬ、６５ＡＲ、６５ＢＬ、６５ＢＲを有する。ただし、図１４では、駆動モータ３４Ｂ、張力検出部６５ＢＬ、６５ＢＲの図示は省略している。添字Ａ、Ｂの用法は、上記第１、第２の実施形態と同様である。
また、上記第２の実施形態と同様、基端部筐体３１および操作部３２の構成は、図１４ではより簡略化して描かれている。
医療用器具７０は、上記第１の実施形態の医療用器具２０に代えて、マニピュレータシステム１とともに用いることができる（図１参照）。
以下、上記第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１１８】
図１５に示すように、制御ユニット７６は、上記第２の実施形態の制御ユニット６６のモータ制御部１００ＡＬ、１００ＡＲ、動作指令値設定部１６１ＡＬ、１６１ＡＲに代えて、モータ制御部１００Ａ、動作指令値設定部１７１Ａを備える。
また、図１５では図示を省略しているが、上記第２の実施形態の制御ユニット６６のモータ制御部１００ＢＬ、１００ＢＲ、動作指令値設定部１６１ＢＬ、１６１ＢＲに代えて、モータ制御部１００Ｂ、動作指令値設定部１７１Ｂを備える。
動作指令値設定部１７１Ｂは、動作指令値設定部１７１Ａと同様の構成を有する。
以下では、これらの部材について、駆動モータ３４Ａ、３４Ｂのどちらに関係するか問わない場合や、両方を総称する場合には、添字Ａ、Ｂを省略して、モータ制御部１００、動作指令値設定部１７１と称する場合がある。
【０１１９】
制御ユニット７６が行う具体的な制御動作については、後述の動作説明にて説明する。
制御ユニット７６は、上記第１の実施形態と同様に、他の関節部による相互干渉を除去する補正を行うように構成することが可能であるが、相互干渉が十分小さい場合には、相互干渉を除去する補正を行わなくてもよい。以下では、簡単のため、相互干渉を除去する補正を行わない構成の例で説明する。
【０１２０】
このような制御ユニット７６の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより上記のような各機能構成の制御機能を実現する適宜の制御プログラムが実行されるようになっている。
【０１２１】
次に、マニピュレータシステム１における医療用器具７０の動作について、本実施形態のマニピュレータの制御方法を中心として説明する。
図１６は、本発明の第３の実施形態のマニピュレータの制御方法のフローを示すフローチャートである。
【０１２２】
本実施形態のマニピュレータの制御方法は、図１６に示すステップＳ３１〜Ｓ３６を、図１６に示すフローにしたがって実行する方法である。
ステップＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３３は、上記第２の実施形態の医療用器具６０に代えて、医療用器具７０を用いる以外は、上記第２の実施形態のステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２４と同様のステップである。
【０１２３】
ステップＳ３３が終了すると、制御ユニット７６によって、以下に説明するステップＳ３４〜Ｓ３６が行われる。その際、関節２２Ａ、２２Ｂが同時並行的に自動制御されるが、それぞれの制御動作は同様であるため、以下では、関節２２Ａの制御動作を中心として説明する。
【０１２４】
ステップＳ３４は、駆動ワイヤ２４Ａの第１ワイヤ部２４ＡＬ、第２ワイヤ部２４ＡＲに発生する張力ＴＬ、ＴＲを取得するステップである。
先端屈曲部２５は、ステップＳ３２において真直状態に初期化されているため、処置具チャンネル１６において湾曲している部分まで挿入されると、先端屈曲部２５が処置具チャンネル１６と当接して、処置具チャンネル１６から反作用を受ける。
これにより、先端屈曲部２５は、処置具チャンネル１６の湾曲形状に応じて屈曲する方向に外力を受ける。例えば、関節２２Ａが屈曲するような湾曲形状であれば、駆動ワイヤ２４Ａに外力負荷が伝達されて、第１ワイヤ部２４ＡＬ、第２ワイヤ部２４ＡＲにおける張力ＴＬ、ＴＲが初期張力から変化する。
これらの張力ＴＬ、ＴＲは、張力検出部６５ＡＬ、６５ＡＲによって検出され、動作指令値設定部１７１Ａに送出される。
これにより、張力ＴＬ、ＴＲが取得される。
以上で、ステップＳ３４が終了する。
【０１２５】
次にステップＳ３５を行う。本ステップは、張力ＴＬ、ＴＲが等しくなるように駆動モータ３４Ａを駆動制御するステップである。
具体的には、動作指令値設定部１７１Ａが、張力ＴＬ、ＴＲの差（張力差）を算出し、この差が０となるように、駆動モータ３４Ａを駆動するための動作指令値をモータ制御部１００Ａに送出する。
動作指令値を受信したモータ制御部１００Ａは、駆動モータ３４Ａに動作指令値に応じた制御信号を送出して、駆動モータ３４Ａを駆動する。
【０１２６】
例えば、ＴＬ＞ＴＲの場合、先端屈曲部２５は、軸状部２１Ａが関節２２Ａを中心として図１４における矢印Ｒ方向に回動するような外力を受けている。
このため、張力ＴＬ、ＴＲの差を０に近づけるには、駆動モータ３４Ａによって、関節２２Ａが矢印Ｒ方向に回動するような駆動が行われる。
このようにして、張力ＴＬ、ＴＲが等しくなると、先端屈曲部２５に外力が作用しない状態になっており、軸状部２１Ｂ、２１Ａは、処置具チャンネル１６の湾曲に沿うような角度に屈曲されている状態である。
以上で、ステップＳ３５が終了する。
【０１２７】
次にステップＳ３６を行う。本ステップは、挿通制御モードが終了したかどうかを動作指令値設定部１７１Ａが判定するステップである。
本ステップでは、動作指令値設定部１７１Ａは、関節操作部３２Ｍのモード切替スイッチ３２ａから送出されたモード信号Ｍによる制御モードの設定状態を調べる。
制御モードが挿通制御モードに設定されている場合には、ステップＳ３４に移行し、ステップＳ３４〜Ｓ３６を繰り返す。
制御モードが動作制御モードに設定されている場合には、挿通制御モードを終了する。
【０１２８】
このようにして、先端屈曲部２５が処置具チャンネル１６を抜けたら、上記第２の実施形態と同様に、操作者Ｏｐは、モード切替スイッチ３２ａを操作して、モード信号Ｍを、挿通制御モードから、動作制御モードに切り替える。
このようなモード切替が、上記ステップＳ３６で検知されると、挿通制御モードを終了して動作制御モードに移行する。
動作制御モードでは、上記第２の実施形態と同様にして、必要な処置動作を行うことができる。
【０１２９】
本実施形態のマニピュレータの制御方法によれば、制御モードが、挿通制御モードである間は、先端屈曲部２５に作用する外力に応じて発生する各駆動ワイヤ２４に発生する張力ＴＬ、ＴＲが等しくなるように、各関節２２の回動量が制御される。
これにより、先端屈曲部２５は、処置具チャンネル１６の湾曲に沿う屈曲状態に自動制御されていくため、処置具チャンネル１６の湾曲量が変化しても、例えば、操作者Ｏｐが、処置具チャンネル１６の湾曲に合うように先端屈曲部２５を操作したりすることなく、容易に医療用器具７０を挿通させていくことができる。
【０１３０】
また、先端屈曲部２５に作用する外力が増大すると、自動的に外力を緩和するように、先端屈曲部２５が駆動されるため、各駆動モータ３４は、バックドライバビリティを備える必要がない。このため、各駆動モータ３４には、バックドライバビリティを備える構成を付加しなくてよいため、簡素な構成とすることができる。
【０１３１】
［第２変形例］
次に、本実施形態の変形例（第２変形例）のマニピュレータおよびマニピュレータシステムについて説明する。
図１７は、本発明の第３の実施形態の変形例（第２変形例）のマニピュレータおよびマニピュレータシステムの主要部の模式的な構成図である。
【０１３２】
図１７に主要部を示すように、本変形例のマニピュレータシステム１８は、上記第１の実施形態におけるマニピュレータシステム１の医療用器具２０、マスタマニピュレータ２、制御ユニット５、スレーブマニピュレータ６に代えて、医療用器具８０（マニピュレータ）、マスタマニピュレータ８２、制御ユニット８５（動作制御部）、スレーブマニピュレータ８６を備える。
【０１３３】
医療用器具８０は、上記第１の実施形態の操作部３２、制御ユニット３６を削除し、基端部筐体３１に代えて、基端部筐体８１を備え、各駆動ワイヤ２４において先端屈曲部２５内に挿通された部分に、上記第３の実施形態における張力検出部６５Ｌ、６５Ｒを設けたものである。
ここで、駆動モータ３４、駆動ワイヤ２４、張力検出部６５Ｌ、６５Ｒは、上記第３の実施形態と同様に、関節２２Ａ、２２Ｂに対応してそれぞれ、駆動モータ３４Ａ、３４Ｂ、駆動ワイヤ２４Ａ、２４Ｂ、張力検出部６５ＡＬ、６５ＡＲ、６５ＢＬ、６５ＢＲを有するが、図１７では、駆動モータ３４Ａ、張力検出部６５ＢＬ、６５ＢＲの図示は省略している。添字Ａ、Ｂの用法は、上記第３の実施形態と同様である。
以下、上記第１、第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１３４】
基端部筐体８１は、その内部に各駆動モータ３４が配置され、筒状部２３の基端部に連結された装置部分である。各駆動モータ３４および各エンコーダ３４ｂは、配線ケーブル８５ａを介して、後述する制御ユニット８５と通信可能に接続されている。
なお、配線ケーブル８５ａには、先端屈曲部２５の内部に設けられた各張力検出部６５Ｌ、６５Ｒに接続され、先端屈曲部２５、筒状部２３、および基端部筐体８１の内部に配回された配線の内部に挿通された図示略の配線も挿通されている。これにより、各張力検出部６５Ｌ、６５Ｒの検出出力は、後述する制御ユニット８５に送出されるようになっている。
【０１３５】
マスタマニピュレータ８２は、上記第１の実施形態のマスタマニピュレータ２の制御ユニット５に代えて、制御ユニット８５を備える。
制御ユニット８５は、制御ユニット５の制御機能に、上記第３の実施形態の制御ユニット７６の制御機能を加えたものである。
【０１３６】
制御ユニット８５に対する操作入力は、医療用器具８０の動作に関する操作入力も含めたすべての操作入力がマスタアーム３を介して行われる。
マスタアーム３による操作は、例えば、一対のマスタアーム３のうち、一方で処置用内視鏡装置１０を操作し、他方で医療用器具８０を操作できるようにしてもよいし、適宜の操作部によって、処置用内視鏡装置１０の操作と、医療用器具８０の操作とを切り替えるようにしてもよい。
医療用器具８０の操作を行う場合には、マスタアーム３の関節構造を有する操作部が、上記第３の実施形態における湾曲操作ボタン３２ｂと同様な湾曲操作に割り当てられ、マスタアーム３の把持操作部が、上記第３の実施形態における把持操作部３２Ｎと同様な把持操作に割り当てられる。
さらに、マスタアーム３における図示略のその他の操作部が、上記第３の実施形態におけるモード切替スイッチ３２ａと同様なモード切替操作に割り当てられる。
【０１３７】
このような構成により、医療用器具８０は、マニピュレータシステム１８において、マスタアーム３で操作されるスレーブマニピュレータになっている。
すなわち、本変形例のスレーブマニピュレータ８６は、上記第１の実施形態のスレーブマニピュレータ６に、スレーブマニピュレータである医療用器具８０を追加したものである。
【０１３８】
このように、本変形例のマニピュレータシステム１８は、上記第３の実施形態の医療用器具７０と同様の動作が可能な医療用器具８０を、スレーブマニピュレータの一つとして組み込んだマスタスレーブ方式のシステムになっている。
このため、マスタアーム３によって、医療用器具８０の制御モードが、挿通制御モードに切り替えられると、上記第３の実施形態とまったく同様にして、医療用器具８０の先端屈曲部２５および筒状部２３を処置具チャンネル１６に挿通することができる。
上記第３の実施形態では、医療用器具７０を人手によって、挿通する場合の例で説明したが、このような挿通操作は医療用器具８０の先端を供給口１６ａに位置づけて、医療用器具８０を軸方向に送るのみでよいから、ロボットによって操作することも容易である。
例えば、スレーブマニピュレータ８６に挿通操作用の多関節ロボット８を設けておくことにより、この多関節ロボット８によって挿通を行うことが可能である。
【０１３９】
なお、上記の各実施形態、各変形例の説明では、動作説明を行う場合に、マニピュレータをチャンネル部材に挿入する場合の例で説明したが、チャンネル部材を挿通後に処置等を行ったマニピュレータを、チャンネル部材を通して外部に抜去する場合も同様の制御が行われる。したがって、挿入時と同様に、容易に抜去することが可能である。
【０１４０】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、チャンネル部材として、処置用内視鏡装置１０の処置具チャンネル１６を例にとって説明したが、チャンネル部材はこれに限るものではない。チャンネル部材は、例えば、いわゆる軟性のオーバーチューブであってもよく、この場合、オーバーチューブの内部がマニピュレータの挿通される経路を成す。
【０１４１】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、マニピュレータのエンドエフェクタとして、把持鉗子である把持部２６を有する場合の例で説明したが、エンドエフェクタは、把持部２６には限定されず、手技の種類に応じて適宜の装置構成、例えば、高周波処置具、局注針、剥離鉗子、吸引などが可能である。また、エンドエフェクタは、把持部２６のような可動機構にも限定されない。例えば、処置用内視鏡装置１０の観察部１５のような先端に固定されているのみのエンドエフェクタでもよい。
【０１４２】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、マニピュレータの制御方法が、医療用マニピュレータの制御方法である場合の例で説明したが、本発明は、医療用マニピュレータ以外のマニピュレータ、例えば、工業用マニピュレータにも、同様に適用することができる。
【０１４３】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、先端屈曲部２５が互いに屈曲方向が異なる２つの関節２２Ａ、２２Ｂを有する場合の例で説明したが、関節部の数や自由度は、手技の内容等を考慮して適宜設定してよい。例えば、関節部は１つだけでもよいし、３つ以上でもよい。
また、関節部と筒状部との組合せに代えて、外套管１１における湾曲部１１Ｂと同様の機構を用いてもよい。すなわち、軸状部である複数の節輪や湾曲コマが、屈曲用関節である回動関節によって連結された構成も可能である。
【０１４４】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、動力伝達部材がワイヤの場合の例で説明したが、動力伝達部材はワイヤには限定されない。動力伝達部材は、例えば、ケーブル、可撓性を有するロッド、あるいはこれらの組み合わせなどを用いることも可能である。
例えば、上記の各実施形態、各変形例の説明では、駆動ワイヤ２４を駆動プーリ３３等で駆動する場合の例で説明したが、駆動ワイヤ２４の端部が、一対のラックに連結され、これらのラックを駆動するピニオンを駆動モータによって回転させる構成も可能である。
【０１４５】
上記の各実施形態、各変形例の説明では、負荷量として、動力伝達部材の張力を検出する場合の例で説明したが、負荷量は張力には限定されない。例えば、動力伝達部材がロッドである場合に、ロッドに発生する応力やひずみ量を負荷量として採用することが可能である。
また、負荷量は、動力伝達部材に発生するものには限定されず、駆動部に発生する負荷量であってもよい。
駆動部に発生する負荷量の例としては、例えば、駆動モータ３４に発生する駆動電流量を挙げることができる。
【０１４６】
上記各実施形態および各変形例の説明では、関節部が、屈曲用関節のみからなる場合で説明したが、例えば、軸状部の中心軸回りに回転する回転関節を含むことも可能である。
例えば、他の屈曲用得関節による屈曲部分がチャンネル部材の湾曲形状に合っていても、屈曲方向と湾曲方向とが異なると負荷が増大してしまうが、この場合、回転関節が回転することで、屈曲部分が回転して、屈曲部分の屈曲方向をチャンネル部材の湾曲方向と合わせることできる。これにより、負荷が低減されて挿通が容易となる。
【０１４７】
上記第１の実施形態の説明では、動作指令値θ（ｔ）を修正する場合に、上記式（１）のβ（ｔ）を変えて、正弦波のオフセット量を変えることで、修正した場合の例で説明したが、これは一例である。
例えば、上記式（１）の振幅αを変化させることによって、θ（ｔ）を修正することも可能である。
また、θ（ｔ）は周期的な関数であれば正弦波関数にも限定されない。
【０１４８】
上記に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせたり、削除したりして実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態で説明した相互干渉を除去する補正を、上記第２、第３の実施形態の制御方法に加えることが可能である。
また、上記第１の実施形態において、相互干渉を除去する補正を省略することも可能である。
また、上記第３の実施形態において、上記第２の実施形態と同様に、駆動ワイヤ２４の挿通用の初期張力を動作制御時の初期張力よりも低くすることが可能である。
【符号の説明】
【０１４９】
１、１８  マニピュレータシステム
２、８２  マスタマニピュレータ
３  マスタアーム
５  制御ユニット
６、８６  スレーブマニピュレータ
１０  処置用内視鏡装置
１１  外套管
１１Ｂ  湾曲部
１１Ｃ  挿入部
１６  処置具チャンネル（チャンネル部材）
１６ａ  供給口（挿入口）
２０、４０、６０、７０、８０  医療用器具（マニピュレータ）
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ  軸状部
２２、２１Ａ、２１Ｂ  関節
２３  筒状部（挿入部）
２４、２４Ａ、２４Ｂ  駆動ワイヤ（動力伝達部材）
２４Ｌ、２４ＡＬ、２４ＢＬ  第１ワイヤ部（第１伝達部）
２４Ｒ、２４ＡＲ、２４ＢＲ  第２ワイヤ部（第２伝達部）
２５  先端屈曲部（関節構造部）
２６  把持部
３０  駆動ユニット
３２、４２  操作部
３２ａ  モード切替スイッチ
３２ｂ  湾曲操作ボタン
３２ｃ  操作レバー
３２Ｍ  関節操作部
３２Ｎ、４２Ｎ  把持操作部
３４、３４Ａ、３４Ｂ、４４、４４Ａ、４４Ｂ  駆動モータ（駆動部）
３４ｂ、３４Ａｂ、３４Ｂｂ、６４Ｌｂ、６４Ｒｂ  エンコーダ
３５、３５Ａ、３５Ｂ、６５Ｌ、６５Ｒ、６５ＡＬ、６５ＡＲ、６５ＢＬ、６５ＢＲ  張力検出部（負荷量検出部）
３６、６６、７６、８５  制御ユニット（動作制御部）
６４Ｌ、６４ＡＬ、６４ＢＬ  駆動モータ（第１駆動部、駆動部）
６４Ｒ、６４ＡＲ、６４ＢＲ  駆動モータ（第２駆動部、駆動部）
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００ＡＬ、１００ＡＲ、１００ＢＬ、１００ＢＲ  モータ制御部
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１６１Ｌ、１６１Ｒ、１６１ＡＬ、１６１ＡＲ、１６１ＢＬ、１６１ＢＲ、１７１、１７１Ａ、１７１Ｂ  動作指令値設定部
Ｏｐ  操作者
Ｐ  患者
Ｔ０  初期張力（挿通用の初期張力）
Ｔ１、ＴＬ、ＴＲ  張力
Ｔｓｈ  閾値
θ１、θ２  エンコーダ出力
θｉ  相互干渉量
-θｉ  干渉回避補償量
θｒｅｆ、θ（ｔ）  動作指令値
【図１】
2016002414.tif 000003
【図２】
2016002414.tif 000004
【図３】
2016002414.tif 000005
【図４】
2016002414.tif 000006
【図５】
2016002414.tif 000007
【図６】
2016002414.tif 000008
【図７】
2016002414.tif 000009
【図８】
2016002414.tif 000010
【図９】
2016002414.tif 000011
【図１０】
2016002414.tif 000012
【図１１】
2016002414.tif 000013
【図１２】
2016002414.tif 000014
【図１３】
2016002414.tif 000015
【図１４】
2016002414.tif 000016
【図１５】
2016002414.tif 000017
【図１６】
2016002414.tif 000018
【図１７】
2016002414.tif 000019