专利名称：电动弯曲内窥镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动弯曲内窥镜，其具备通过操作输出绝对位置信号的 弯曲动作指示部，使弯曲部电动弯曲成与绝对位置信号相对应的状态的 电动弯曲内窥镜。
背景技术：
近年来，以下这样的内窥镜被广泛采用，其通过向体腔内插入细长 的插入部，来观察体腔内的内脏器官，或可根据需要使用插入处理器具 管道内的处理器具进行各种治疗处理。
在该内窥镜中， 一般在前端部侧设置上下/左右弯曲的弯曲部，通过 对与该弯曲部连接的弯曲丝进行牵引/松弛操作，使弯曲部向所期望的方 向弯曲。
所述弯曲丝一般被手动操作，但近年来也例如有日本特开2003 — 245246号公报等公开的使用电动机等弯曲动力单元进行牵引操作的电动 弯曲内窥镜。
在该电动弯曲内窥镜中，例如，利用设于操作部的弯曲动作指示单 元、即例如输出绝对位置的弯曲指示信号的操纵杆，使电动机旋转，通 过该电动机的旋转使皮带轮旋转，由此牵引与该皮带轮连接的弯曲丝， 而使弯曲部弯曲。
所述操纵杆通过倾倒操作来指示弯曲位置。即，操纵杆倾斜的方向 就是要使弯曲部弯曲的方向，操纵杆的倾倒角度为弯曲部的弯曲角度。 并且，在操纵杆的倾倒角度是0度的直立状态时，所述弯曲部处于非弯 曲状态(直线状态)。因此，手术医生能够容易根据保持操纵杆的手指的 感觉来把握体腔内的弯曲部的弯曲状态。
在这种电动弯曲内窥镜中，能够容易利用一根手指使弯曲部弯曲动 作成所期望的状态，并且能够利用其他手指进行设于操作部的其他幵关 类的操作，所以操作性提高。但是，关于所述弯曲丝，与弯曲状态或非 弯曲状态无关，其经常处于被施加张力的状态，因此产生以下需求等，
(1) 由于存在弯曲丝因张力而伸长的趋势，所以期望防止丝的伸长，
(2) 期望在手动插入操作中使弯曲丝处于不承受张力的状态，使弯 曲部处于借助外力自由地弯曲的自由弯曲状态，
(3) 在插入过程中发生故障或不适情况时，期望使之处于自由弯曲 状态并拔去插入部。
为此设置离合器机构，其可以根据需要将施加给弯曲丝的张力切换 为驱动力传递断开状态/驱动力传递复原状态。
但是，在上述日本特开2003—245246号公报等的电动弯曲内窥镜 中，由编码器监视弯曲电动机的旋转状态，由电位计监视弯曲部的弯曲 状态，但在通过离合器机构使其处于驱动力传递断开状态时，操纵杆的 位置和弯曲部的弯曲状态不联动，在通过离合器机构使其恢复为驱动力 传递复原状态时，需要在通过手动操作使操纵杆的位置与电位计一致后 才再次开始弯曲控制，该手动操作的操纵杆位置调节比较烦杂，所以存 在不能有效且迅速地进行离合器操作的问题。
并且，在上述日本特开2003—245246号公报的电动弯曲内窥镜中，
由编码器监视弯曲电动机的旋转状态，由电位计监视弯曲部的弯曲状态， 但在通过离合器机构将来自弯曲电动机的驱动力传递给弯曲部的情况 下，也通过电位计监视弯曲部的弯曲状态。
但是，基于电位计的弯曲部的位置检测未必是正确的值，所以虽然 在离合器断开时特别有效，但在离合器连接时的位置检测时有可能包含 误差，存在不适于恰当的弯曲控制的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供一种电动弯 曲内窥镜，在使用离合器机构切换为驱动力传递断开状态/驱动力传递复 原状态时，也能够容易进行与弯曲状态对应的操纵杆的位置调节。
并且，本发明的另一目的在于，提供一种电动弯曲内窥镜，其能够 根据对弯曲部的驱动力传递状态进行适当的弯曲驱动控制。
本发明的电动弯曲内窥镜具有设于插入部的弯曲部；具有使所述
弯曲部弯曲动作的多个构成部件的弯曲驱动单元，输出用于驱动所述弯
曲驱动单元的驱动力的弯曲动力单元；将来自所述弯曲动力单元的所述 驱动力选择性地传递给所述弯曲驱动单元的驱动力传递单元；检测所述 弯曲动力单元的驱动状态信息的驱动状态检测单元；检测所述弯曲驱动 单元的动作信息，并检测所述弯曲部的弯曲状态信息的弯曲状态检测单 元；输出使所述弯曲部弯曲的弯曲指示信息的指示单元；驱动所述指示 单元的指示驱动单元；和指示驱动控制单元，其根据所述驱动力传递单 元的所述驱动力的传递状态，控制所述指示驱动单元。
图1是表示本发明的实施例1的电动弯曲内窥镜装置的结构的结构图。
图2是表示图1中的图像处理装置的前面板的结构的图。
图3是表示图1中的弯曲控制部的结构的图。
图4是表示图1中的弯曲控制部的控制部的结构的图。
图5是表示图4中的FPGA的逻辑单元的结构的图。
图6是表示图5中的电动机控制器的控制处理部的结构的图。
图7是表示图5中的电动机控制器的伺服异常检测部的结构的图。
图8是说明图5中的电动机控制器的伺服控制的说明图。
图9是说明图5中的电动机控制器的伺服控制的第1变形例的说明图。
图10是说明图4中的FPGA的配置的变形例的说明图。
图11是说明图5中的电动机控制器的伺服控制的第2变形例的说明图。
图12是说明构成图5中的FPGA单元异常监视部的逻辑要素单元的 说明图。
图13是说明使用了图12中的逻辑要素单元的逻辑判定单元的第1 说明图。
图14是说明使用了图12中的逻辑要素单元的逻辑判定单元的第2 说明图。
图15是说明图5中的FPGA的处理过程的图。 图16是说明图5中的FPGA的处理的流程图。 图17是说明图16中的初始模式处理的流程图。 图18是说明图16中的维修模式处理的流程图。 图19是表示相对于图3所示离合器连接时的弯曲控制部的遥控操作 部的结构的图。
图20是表示相对于图3所示离合器断开时的弯曲控制部的遥控操作 部的结构的图。
图21是表示相对于图3所示离合器再连接时的弯曲控制部的遥控操 作部的结构的图。
图22是说明图16中的校准模式处理的流程图。
图23是说明图22中的对位处理的流程图。
图24是说明图22中的对位处理的第1图。
图25是说明图22中的对位处理的第2图。
图26是说明图22中的对位处理的第3图。
图27是说明图22中的对位处理的第4图。
图28是说明图22中的对位处理的第5图。
图29是说明图22中的对位处理的第6图。
图30是从信号控制方面说明图16中的校准模式处理的图。
图31是表示相对于图3所示离合器连接时的弯曲控制部的遥控操作 部的变形例的结构的图。
图32是说明图30所示结构时的对位处理的流程图。
图33是从信号控制方面说明图31所示结构的校准模式处理的第1图。
图34是从信号控制方面说明图31所示结构的校准模式处理的第2 图。
图35是从信号控制方面说明图31所示结构的校准模式处理的第3图。
图36是从信号控制方面说明图31所示结构的校准模式处理的第4图。
图37是说明替代图31所示的检测内窥镜弯曲丝的张紧的单元而生
成张紧数据的图。
图38是说明图16所示的动作模式处理的流程图。
图39是说明图16所示的动作模式处理的时序图。
图40是说明本发明的实施例2的FPGA的电动机控制器的位置伺服 控制的说明图。
图41是说明图40的位置伺服控制中的校准模式处理的流程图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施例。 (实施例1)
图1 图39表示本发明的实施例1，图1是表示电动弯曲内窥镜装 置的结构的结构图，图2是表示图1中的图像处理装置的前面板的结构 的图，图3是表示图1中的弯曲控制部的结构的图，图4是表示图1中 的弯曲控制部的控制部的结构的图，图5是表示图4中的FPGA的逻辑 单元的结构的图，图6是表示图5中的电动机控制器的控制处理部的结 构的图，图7是表示图5中的电动机控制器的伺服异常检测部的结构的 图，图8是说明图5中的电动机控制器的伺服控制的说明图，图9是说 明图5中的电动机控制器的伺服控制的第1变形例的说明图，图10是说 明图4中的FPGA的配置的变形例的说明图，图11是说明图5中的电动 机控制器的伺服控制的第2变形例的说明图，图12是说明构成图5中的 FPGA单元异常监视部的逻辑要素单元的说明图，图13是说明使用了图 12中的逻辑要素单元的逻辑判定单元的第1说明图，图14是说明使用了 图12中的逻辑要素单元的逻辑判定单元的第2说明图，图15是说明图5
中的FPGA的处理过程的图，图16是说明图5中的FPGA的处理的流程 图，图17是说明图16中的初始模式处理的流程图，图18是说明图16 中的维修模式处理的流程图，图19是表示相对于图3所示离合器连接时 的弯曲控制部的遥控操作部的结构的图，图20是表示相对于图3所示离 合器断开时的弯曲控制部的遥控操作部的结构的图，图21是表示相对于 图3所示离合器再连接时的弯曲控制部的遥控操作部的结构的图，图22 是说明图16中的校准模式处理的流程图，图23是说明图22中的对位处 理的流程图，图24是说明图22中的对位处理的第1图，图25是说明图 22中的对位处理的第2图，图26是说明图22中的对位处理的第3图， 图27是说明图22中的对位处理的第4图，图28是说明图22中的对位 处理的第5图，图29是说明图22中的对位处理的第6图，图30是从信 号控制方面说明图16中的校准模式处理的图，图31是表示相对于图3 所示离合器连接时的弯曲控制部的遥控操作部的变形例的结构的图，图 32是说明图30所示结构时的对位处理的流程图，图33是从信号控制方 面说明图31所示结构的校准模式处理的第1图，图34是从信号控制方 面说明图31所示结构的校准模式处理的第2图，图35是从信号控制方 面说明图31所示结构的校准模式处理的第3图，图36是从信号控制方 面说明图31所示结构的校准模式处理的第4图，图37是说明替代图31 所示的检测内窥镜弯曲丝的张紧的单元而生成张紧数据的图，图38是说 明图16所示的动作模式处理的流程图，图39是说明图16所示的动作模 式处理的时序图。
如图1所示，本实施例的电动弯曲内窥镜装置1主要由以下部分构 成电动弯曲内窥镜(以下简称为内窥镜)2，其在内窥镜插入部(以下 简称为插入部)9的前端硬质部内置例如摄像元件(未图示)，插入部9 的弯曲部ll通过对构成弯曲驱动单元的弯曲丝(后面叙述)进行电动牵 引而弯曲动作；远程控制操作部(以下简称为遥控操作部)7，其进行所 述弯曲部11的驱动操作等；图像处理装置4，其将通过通用接缆12传送 的图像信号生成为影像信号；光源装置3，其通过内置于未图示的照明光 学系统的通用接缆12中的光导纤维束(未图示)提供照明光；作为显示装置的监视器6，其被输出由所述图像处理装置4生成的影像信号，并显 示内窥镜图像；送气、送水管路和进行吸引的泵单元"。
光源装置3、图像处理装置4和泵单元14安装在手推车15上，泵 单元14可自由装卸地设置有流量控制盒14a，该流量控制盒14a具有送 气、送水管路和吸引的流量调节机构。并且，从手推车15处设置有保持 /固定内窥镜2的内窥镜固定臂13，在内窥镜固定臂13的前端上可自由 装卸地保持/固定有内窥镜2的基端把持部10。
在内窥镜2的基端把持部10配置有可以连接来自流量控制盒14a的 吸引管的钳子栓10a，并且连接有通用接缆12和来自流量控制盒14a的 送气送水管。在所述插入部9内的未图示的例如送气管路、送水管路、 吸引管路上连接着送气送水管等和吸引管。
并且，在基端把持部10中内置有控制用于对弯曲部11进行电动弯 曲驱动的电动机等的弯曲控制部10b，遥控操作部7通过线缆7a连接该 弯曲控制部10b。另外，遥控操作部7也可以通过线缆7a连接图像处理 装置4，还可以通过通用接缆12连接弯曲控制部10b。
遥控操作部7具有作为使后面叙述的弯曲部11进行电动弯曲操作的 操作输入部件、例如作为指示单元的操纵杆701，以及由未图示的送气、 送水和吸引的操作输入开关、和图像处理装置4的定格/释放等遥控开关 构成的镜体开关。
图像处理装置4可以与泵单元14连接，如图2所示，图像处理装置 4的前面板4a构成为具有电源开关20;初始化按钮23，其具有指示电 动弯曲内窥镜装置1的初始化并通知完成初始化的LED功能；校准LED 部24，其通知弯曲部11的电动弯曲的校准；泵单元14的送气、送水和 吸引的操作输入开关组25;可检查的LED26，其通知可以进行电动弯曲 内窥镜装置1的检査的状态；以及管路连接显示部27，其显示送气管路、 送水管路、吸引管路的连接状态；等等。
如图3所示，在所述插入部9内插通有从所述弯曲控制部10b延伸 出来对所述弯曲部11进行弯曲操作的上下用的所述弯曲丝33、和未图示 的左右用的弯曲丝。另外，在以下的说明中说明有关上下用的弯曲丝33
的结构，有关左右用的弯曲丝的结构与该上下用的弯曲丝33的结构相同，
所以为了简化起见而未图示，并省略说明。
所述弯曲丝33的两端部连接固定在例如未图示的链条上，该链条啮 合配置在构成弯曲驱动单元的可自由转动的上下用链轮部34上。因此， 通过所述链轮部34向预定方向旋转，被固定在所述链条上的弯曲丝33 被牵引操作，从而使所述弯曲部11在预定方向弯曲动作。
所述链轮部34例如设置在弯曲控制部10b内部。在该链轮部34设 置作为弯曲动力单元的例如由三相电动机构成的上下用的弯曲电动机30
的驱动力、多个齿轮31、 32和作为驱动力传递断开复原单元的例如使齿 轮彼此间的啮合状态离合的作为驱动力传递单元的离合器机构部36。并 且，通过所述离合器机构部36使所述弯曲丝33处于未被施加张力的状 态，从而弯曲部ll处于借助外力而自由弯曲的自由弯曲状态。
另外，弯曲驱动单元由齿轮31、 32、弯曲丝33和链轮部34构成。
所述离合器机构部36将作为状态切换单元的切换操作杆10c (参照 图1)切换操作为驱动力传递断开位置(以下表述为自由弯曲指示位置)、 或驱动力传递复原状态(以下表述为角度操作指示位置)，由此可以在所 述离合器机构部36为断开状态的驱动力传递断开状态、和所述离合器机 构部36为连接状态的驱动力传递复原状态之间切换。
艮P，通过切换操作所述切换操作杆10c，使该离合器机构部36机械 地切换为断开状态或连接状态，可以可逆地使所述弯曲电动机30和所述 链轮部34装接/脱卸。
所述链轮部34的旋转量由作为弯曲状态检测单元的电位计35检测。 另外，标号30a表示检测所述弯曲电动机30的旋转量的作为驱动状态检 测单元的编码器。并且，标号38表示计测弯曲电动机30的温度的热敏 电阻。
在弯曲控制部10b的控制部37上连接有遥控操作部7、编码器30a、 电位计35、离合器机构部36和热敏电阻38。
如图4所示，弯曲控制部10b设有通过通用接缆12连接有电源线缆 (未图示)的电源连接器50、和连接有遥控操作部7的线缆7a的操作部 连接器51 。电源连接器50与控制部37内的控制用电源部52和驱动用电 源部53连接。控制用电源部52通过DC/DC转换器54向各个部分提供 控制用的电力。并且，驱动用电源部53提供电动机驱动器55生成的三 相正弦波电力用的驱动电力。
操作部连接器51连接有弯曲控制部10b内的FPGA (场可编程门阵 歹ij) 56。该FPGA56根据存储在EEPROM (电可擦写可编程只读存储器) 59中的数据进行配置，将内部单元构建成为所期望的逻辑单元。编码器 30a、电位计35、离合器机构部36和热敏电阻38与FPGA 56连接，并 由FPGA56控制。并且，FPGA56向电动机驱动器55提供用于生成三相 正弦波电力的数据，由此电动机驱动器55向弯曲电动机30提供三相正 弦波电力。
当在内部单元产生一定以上的规定的异常时，FPGA56输出使WDT (时钟定时器)57清零的WDT—CR信号。根据该WDT-CR，从WDT 57向FPGA56输出重置信号，FPGA56被重置。FPGA56在被输入重置 信号时，起动重置IC58，通过EEPROM59进行再配置，再次构建内部 单元的逻辑单元。
如图5所示，FPGA 56的逻辑单元由以下部分构成串行通信单元 100;串行通信控制部101; EEPROM控制器102;异常信号处理部103; LED控制器104;运行模式控制器105; DPRAM 106;离合器信号输入
部107;夹具基板输入输出部108; RAM 109;电动机控制器110;电动
机驱动波形生成部lll; RL (左右)电动机电流F/B部112; UD (上下) 电动机电流F/B部113;电位控制部114;热敏电阻控制部115; RL编码 器控制部116; UD编码器控制部117;和FPGA单元异常监视部118。 并且，电动机控制器110构成为具有计测处理部200、控制处理部201、 伺服异常检测部202和伺服接通/关闭(ON/OFF)控制部203的各个逻辑 单元。
另外，在图5中，实线表示通常的控制和数据信号的流向，虚线表 示逻辑单元异常信号、伺服异常信号或通信异常信号的流向。
串行通信单元100例如通过LVDS等与遥控操作部7进行串行通信，
串行通信控制部101控制串行通信单元100，并且与电动机控制器110进 行信息传递，把从电动机控制器110接收到的数据存储在DPRAM 106 中。
EEPROM控制器102按照存储在EEPROM 59中的程序，执行FPGA 56的配置。
异常信号处理部103监视弯曲电动机30的电源电压异常和过电流， 把监视结果输出给运行模式控制器105。
离合器信号输入部107从离合器机构部36输入表示动力传递断开状 态或驱动力传递复原状态的状态信号，并输出给运行模式控制器105。
夹具基板输入输出部108与进行调试处理的夹具基板(未图示)进 行数据的发送和接收。并且，LED控制器104控制夹具基板的LED。
运行模式控制器105从离合器机构部36向电动机控制器IIO输出与 动力传递断开状态或驱动力传递复原状态、及夹具基板的连接状态对应 的运行模式。另外，运行模式控制器105被输入来自串行通信控制部101 的通信异常信号和来自电动机控制器110的伺服异常信号，并将基于这 些异常信号的运行模式输出给电动机控制器110。
电动机驱动波形生成部111通过电动机控制器IIO读出存储在RAM 109中的正弦波数据，并生成三相正弦波数据，把该三相正弦波数据输出 给RL (左右)电动机驱动器和UD (上下)电动机驱动器55。
RL (左右)电动机电流F/B部112通过RL (左右)电动机把U相 电流值和V相电流值转换为数字信号，并输出给电动机控制器110。同 样，UD (上下)电动机电流F/B部113通过UD (上下)电动机30把U 相电流值和V相电流值转换为数字信号，并输出给电动机控制器110。
电位控制部114把与RL (左右)链轮部和UD (上下)链轮部34 连接的电位计35的位置信息转换为数字信号，并输出给电动机控制器 110。
热敏电阻控制部115把通过设于RL (左右)电动机和UD (上下) 电动机30的热敏电阻38计测出的温度数据转换为数字信号，并输出给 电动机控制器IIO。RL编码器控制部116和UD编码器控制部117把设于RL (左右) 电动机和UD (上下)电动机30的编码器30a的计数值，输出给电动机 控制器110。
并且，电动机控制器110通过计测处理部200、控制处理部201、伺 服异常检测部202和伺服接通/关闭(ON/OFF)控制部203，根据运行模 式，伺服控制RL (左右)电动机和UD (上下)电动机30。
并且，FPGA单元异常监视部118被输入上述各个逻辑单元的逻辑 单元异常信号、伺服异常信号或通信异常信号，并根据这些异常信号， 向电动机控制器110输出TRG信号，向WDT 57输出WDT—CR。
在此，如图6所示，电动机控制器110的控制处理部201构成为具 有位置控制单元201a、速度控制单元201b和扭矩控制单元201c。并 且，如图7所示，伺服异常检测部202构成为具有位置偏差异常判定 单元202a、旋转方向异常检测单元202b、异常速度检测单元202c和过 负荷异常检测单元202d。
下面，使用图8说明电动机控制器110的伺服控制。位置控制单元 201a对来自遥控操作部7的位置指令值和编码器30a的输出值进行比较， 在位置偏差超过预定值时，位置偏差异常判定单元202a输出伺服异常信 号。
并且，速度控制单元201b对位置控制单元201a的输出和编码器30a 的输出值的微分值(通过微分电路211执行)进行比较。在根据位置控 制单元201a的输出和编码器30a的输出值的微分值检测到旋转方向的异 常时，旋转方向异常检测单元202b输出伺服异常信号。并且，在根据编 码器30a的输出值的微分值检测到速度异常时，异常速度检测单元202c 输出伺服异常信号。
另外，扭矩控制单元201c对速度控制单元201b的输出和电动机驱 动器55的电流值进行比较，控制电动机驱动器55。过负荷异常检测单元 202d根据速度控制单元201b的输出，监视弯曲电动机30的负荷状态， 在判定为过负荷状态时，输出伺服异常信号。
并且，在位置控制单元201a或速度控制单元201b发生异常时，FPGA
单元异常监视部118根据逻辑单元异常信号，向电动机控制器110输出 TRG信号，控制开关部210a或开关部201b和开关部201c,可以省略位 置控制单元201a或速度控制单元201b的控制。
另外，关于电动机控制器110的伺服控制，也可以按照图9所示， 例如分别并行地构建两组位置控制单元201a、速度控制单元201b和扭矩 控制单元201c，由此根据TRG信号控制开关部210a 210f，选择正常的 控制单元进行伺服控制(另外，在图9中省略了反馈系统)。
并且，还可以按照图10所示准备两个EEPROM 59，在这些EEPROM 59中存储不同异常处理对应方法的程序，根据异常处理应对方法，选择 判定部220切换开关部221，由此根据最适合于异常处理应对的程序再配 置FPGA56。
另外，还可以按照图ll所示，利用幵关部222切换编码器30a的输 出和电位计35的输出，在编码器30a产生异常时，根据电位计35的输 出进行位置控制，在电位计产生异常时，根据电位计35的输出进行位置控制。
在FPGA单元异常监视部118中，作为一例，通过图13所示的使用 了多个逻辑要素单元250的逻辑判定单元251，生成WDT—CR信号或 TRG信号，该逻辑要素单元250如图12所示由AND、 OR和开关构成。
艮口，如图14所示，把多个异常原因作为条件，通过多个逻辑判定单 元251 (1) (n)执行错误判定，根据合适的判定，生成适当的TRG 信号或在适当的定时生成WDT—CR信号。
说明这样构成的本实施例的作用。在本实施例中，如图15所示，在 电源接通后，首先执行初始化模式处理。并且，在初始化模式处理后， 转入模式切换处理。
在此，所说运行模式指根据遥控操作部7的操作指令进行电动弯曲 操作的模式，所说维修模式指进行参数的设定(读写)、将状态监视器等 与专用的夹具和后面叙述的计算机连接的基于HMI模式的远程操作等的 模式。
在该模式切换处理中，例如在离合器断开时或者初始化模式处理结
束时的弯曲动作开始指令关闭(OFF)时，转入校准模式，而当离合器再 连接，操作指令值与镜体位置一致，或者在弯曲动作开始指令接通(ON) 时，返回模式切换处理。
并且，在模式切换处理中，如果选择运行模式，则迸入运行模式， 伺服变为接通(ON)，如果指示运行模式结束，则返回模式切换处理。
另外，在模式切换处理中，如果选择维修模式，则进入维修模式， 伺服变为接通(ON)，如果指示维修模式结束，则返回模式切换处理。
并且，在模式切换处理中，当发生停止原因时，进入异常停止模式， 伺服变为关闭(OFF)。
使用图16的流程图具体说明上述内容。在电源接通时，在步骤Sl 中，通过EEPROM控制器102执行FPGA 56的配置。然后，在步骤S2 中，执行初始化模式处理(后面叙述)，在步骤S3中，等待初始化模式 处理结束。
在初始化模式处理结束后，在步骤S4中，从运行模式控制器105产 生校准请求。然后，在步骤S5中，判定是否从运行模式控制器105产生 了维修模式处理请求。在产生了维修模式处理请求时，在步骤S6中，执 行维修模式处理(后面叙述)，并返回步骤S5。
在没有维修模式处理请求时，在步骤S7中，运行模式控制器105判 定是否已从维修模式处理恢复为模式切换处理。并且，在已恢复为模式 切换处理时，在步骤S8中，从运行模式控制器105产生校准请求，并返 回步骤S5。
在没有恢复为模式切换处理时，在步骤S9中，运行模式控制器105 判定校准请求是否有效，在校准请求有效时，在步骤S10中，运行模式 控制器105执行校准处理，在步骤Sll中，判定校准处理是否己正常结 束。在校准处理没有正常结束时，返回步骤S5，在校准处理正常结束时， 在步骤S12中，解除校准请求，并返回步骤S5。
当在步骤S9中判定为校准请求无效时，在步骤S13中，运行模式控 制器105判定弯曲动作开始指令是否关闭(OFF)。在弯曲动作开始指令 关闭(OFF)时，在步骤S14中，从运行模式控制器105产生校准请求，
并返回步骤S5。
在弯曲动作开始指令未关闭(OFF)时，在步骤S15中，运行模式 控制器105判定离合器连接是否为断开(OFF)。如果离合器连接为断开 (OFF),则转入步骤S14，如果离合器连接为接通(ON)，则在步骤S16 中执行运行模式处理(后面叙述)，并返回步骤S5。
下面，使用图17的流程图说明初始化模式处理。在步骤S21中，首 先WDT 57起动。然后，在步骤S22中，各个逻辑单元对内部的变量进 行初始化，在步骤S23中，RL (左右)电动机电流F/B部112、 UD (上 下)电动机电流F/B部113、电位控制部114、热敏电阻控制部115分别
开始数据的采样。
然后，在步骤S24中，通过串行通信单元100、串行通信控制部101 开始通信，在步骤S25中判定外部的硬件是否正常，如果异常，则在步 骤S26中执行异常停止模式处理。
如果判定为外部的硬件正常，则在步骤S27中，电动机控制器110 判定电动机电流的偏置是否正常，在电动机电流的偏置异常时，在步骤 S26中执行异常停止模式处理。
并且，在判定为电动机电流的偏置正常时，在步骤S28中，电动机 控制器110检测电动机30的转子位置，在步骤S29中，读入DPRAM 106 内的参数。
然后，电动机控制器110判定在步骤S30中读入的参数值是否全部 为"0"，在参数值不全是"O"时直接结束处理，在参数值全是"0"时，在步 骤S31中，电动机控制器110向DPRAM 106写入参数的默认值，并结束 处理。
下面，使用图18的流程图说明维修模式处理。运行模式控制器105 和夹具(未图示)开始更新，在步骤S41中，运行模式控制器105判定 是否从夹具产生了伺服接通(ON)请求，在步骤S42中，如果产生伺服 接通(ON)请求，则使伺服接通(ON)，并返回步骤S41。
同样，在步骤S41中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 伺服关闭(OFF)请求，在步骤S44中，如果存在伺服关闭(OFF)请求，
则使伺服关闭(OFF)，并返回步骤S41。
然后，在步骤S45中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 HMI模式(伺服状态的监视器监视模式)请求，在步骤S46中，如果存 在HMI模式请求，则执行HMI模式处理，并返回步骤S41。
并且，在步骤S47中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 第1维修请求，在步骤S48中，如果存在第1维修请求，则执行正弦波 输出模式处理，并返回步骤S41。
然后，在步骤S49中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 第2维修请求，在步骤S50中，如果存在第2维修请求，则执行扭矩控 制模式处理，并返回步骤S41。
然后，在步骤S51中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 第3维修请求，在步骤S52中，如果存在第3维修请求，则执行速度控 制模式处理，并返回步骤S41。
并且，在步骤S53中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 第4维修请求，在步骤S54中，如果存在第4维修请求，则执行位置控 制模式处理，并返回步骤S41。
然后，在步骤S55中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 第5维修请求，在步骤S56中，如果存在第5维修请求，则执行模拟输 入位置控制模式处理，并返回步骤S41。
然后，在步骤S57中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 第6维修请求，在步骤S58中，如果存在第6维修请求，则执行镜体限 制调节模式处理，并返回步骤S41。
然后，在步骤S59中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 第7维修请求，在步骤S60中，如果存在第7维修请求，则执行重叠(lap) 动作模式处理，并返回步骤S41。
在此，所说重叠动作模式，指进行预先确定的弯曲动作、例如 RL->UD->RL等连续动作的模式。
然后，在步骤S61中，运行模式控制器105判定是否从夹具产生了 第8维修请求，在步骤S62中，如果存在第8维修请求，则执行校准调
节模式处理，并返回步骤S41。
如上所述，关于电动弯曲动作所需要的各种功能，可以进行独立的 动作确认。
下面，使用图19 图37，说明运行模式控制器105执行的校准模式 处理。如图19所示，在遥控操作部7设有操纵杆701，其位置由电位计 702检测。并且，在该操纵杆701设有齿轮703，设于作为指示驱动单元 的伺服电动机704的旋转轴上的齿轮705与齿轮703啮合，由此操纵杆 701可以借助伺服电动机704的驱动力而移动。另外，在遥控操作部7 还设有可以与控制部37通信的驱动/通信部706，其检测电位计702的 位置信息，并驱动伺服电动机704。
另外，指示驱动控制单元例如由电位计702和驱动/通信部706构成。
如图20所示，在弯曲控制部10b中，通过离合器机构部36的离 合器操作，可以断开齿轮32和齿轮31 。在齿轮32和齿轮31被断开时， 弯曲丝33处于自由状态，电位计35的输出值处于和操纵杆701的弯曲 指令值无关的状态。在离合器断开时，断开时的电位计35的输出值被 存储在DPRAM 106中，并且监视处于自由状态时的电位计35的输出 值和编码器30a的计数值，各自的最新的值被存储在DPRAM 106中。
在这种状态下，如图21所示，在通过离合器机构部36的离合器 操作使齿轮32和齿轮31再次连接的情况下，需要上述的校准模式处理、 即操纵杆701和弯曲部11的调节处理。
因此，如图22所示，在步骤S81中，运行模式控制器105判定离 合器连接是否为断开(OFF)，如果离合器连接为断开(OFF)，则在步 骤S82中，使伺服关闭(OFF)，并转入步骤S83，如果离合器连接不 是断开(OFF),则直接转入步骤S83。
并且，在步骤S83中，运行模式控制器105判定离合器连接是否 接通(ON)，如果离合器连接接通(ON)，则转入步骤S84，如果离合 器连接不是接通(ON)，则返回步骤S81。
在步骤S84中执行对位处理(后面叙述)，然后在步骤S85中判定 操作量与当前位置是否在预定范围内，如果在预定范围内，则转入步骤
S86，如果不在预定范围内，则返回步骤S81。
然后，在步骤S86中判定弯曲动作幵始指令是否接通(ON)，如果 弯曲动作开始指令接通(ON)，则在步骤S87中使伺服接通(ON),并 结束处理，如果弯曲动作开始指令不是接通(ON),则返回步骤S81。
上述对位处理如图23所示，在步骤S91中确认离合器连接后，在步 骤S92中，从DPRAM106读出当前的编码器30a的计数值，在步骤S93 中，从DPRAM106读出离合器刚刚断开后的电位计35的输出值。图24 示意地表示离合器刚刚连接后的例如UD侧的当前编码器30a的计数值 与电位计35的输出值的差异，图25 二维地表示UD和RL编码器的计数 值与电位计的输出值。
然后，在步骤S94中，读入当前的电位计35的输出值，在步骤S95 中，根据刚刚断开后的电位计35的输出值与当前电位计35的输出值的 差值，计算变化量A。
然后，在步骤S96中，控制驱动/通信部706，根据变化量A驱动操 纵杆701侧的伺服电动机704。此时，弯曲部电动机30没有被驱动而停 止。
然后，在步骤S97中，读入操纵杆701侧的电位计702,在步骤S98 中，对于DPRAM 106，将当前的编码器30a的计数值更新为与操纵杆701 侧的电位计702的位置相对应的值，并结束处理。图26示意地表示更新 后的例如UD侧的当前编码器30a的计数值和电位计35的输出值，图27 二维地表示UD和RL编码器的计数值与电位计的输出值。
这样，调节编码器30a的计数值和电位计35的输出值，并且通过伺 服电动机704使操纵杆701移动，但如图28所示，来自操纵杆701的弯 曲指令值相对于弯曲部电动机30的电位计35具有误差，但在图22的步 骤S85中，如果该误差范围在预定范围内，则按照图28所示，判定为可 以进行基于操纵杆701的弯曲部电动机30的控制。
在本实施例中，如图29所示，在监视器6中，在校准时，除显示内 窥镜图像的图像显示区域6a外，还显示有用于显示调节编码器30a的计 数值和电位计35的输出值的引导图像的引导显示区域6b、和显示当前张
紧传感器35的输出值的数字显示区域6c。以往只显示有数字显示区域 6c，并手动调节操纵杆701。
以上，使用图19 图29从机械控制方面说明了校准模式处理，下 面使用图30从信号控制方面说明上述校准模式处理。
在图30中，内窥镜驱动部750由弯曲电动机30、齿轮31、 32、编 码器30a、电位计35和离合器机构部36构成。并且，操作部驱动部751 由伺服电动机704、和齿轮703、 705构成。
根据图30，在校准模式下，在电动机控制器IIO侧由内窥镜驱动部 750获取当前的弯曲位置数据。在控制器110的控制部37内部对该数据 进行处理，将其转换为操作部7的位置比例。
通常，在控制部37，将来自操作部7的操作部指令(指令值数据) 相对内窥镜驱动部750进行位置比例转换，将其比例转换为内窥镜驱动 部指令(弯曲指令信号)，以使操作杆701的动作范围与弯曲动作范围一 致，但在校准模式中，与此相反，对内窥镜驱动部指令(弯曲指令信号) 进行比例转换，生成操作部位置比例转换数据。
并且，把操作部位置比例转换数据作为恢复指令数据转发给操作部 7，由此操作部7内的操作部驱动部751移动到恢复数据位置。由此，操 作部7可以自动进行与弯曲位置一致的动作。
下面，使用图31 图33说明校准模式处理的变形例。上述的校准 根据弯曲部电动机30的电位计35的输出值而进行，但不限于此。
图31表示在图21所示的结构中，在用于进行内窥镜弯曲的弯曲丝 部配置了检测张紧量的张紧传感器的实施例。在此，没有图示张紧传感 器在丝上的配置结构。
例如，可以如图31所示，利用张紧传感器800检测弯曲丝33的张 紧状态，可以根据检测出的弯曲丝33的张紧状态，借助伺服电动机704 的驱动力使操纵杆701移动，进行与操纵杆701的位置的对位处理。
具体地讲，如图32所示，在步骤S91中确认离合器连接后，在步骤 S92中，从DPRAM106读出当前编码器30a的计数值，在步骤S100中， 通过张紧传感器800读入当前弯曲丝33的张紧数据B。
然后，在步骤S101中控制驱动/通信部706，根据张紧数据B驱动 操纵杆701侧的伺服电动机704。此时，弯曲部电动机30没有被驱动而停止。
然后，在步骤S97中，读入操纵杆701侧的电位计702,在步骤S98 中，对于DPRAM 106，将当前的编码器30a的计数值更新为与操纵杆701 侧的电位计702的位置对应的值，并结束处理。
以上，使用图31 图32从机械控制方面说明了校准模式处理的变 形例，下面使用图33 图，像图30那样从信号控制方面说明上述校准模 式处理的变形例。
在图33中，与图30的不同之处是设置了张紧传感器800，将内窥 镜牵引丝的张紧状态转发给控制器。
图34表示有关操作部7的操作部驱动部751的方框图。由于利用方 框图表示，所以与实际的物理结构有所不同，因此进行补充，操作者扳 倒操纵杆701时的力的输入为图中的操作值，位置指令值根据操作者对 操纵杆701的指令而变化。此时是在电动机控制中使用的反馈循环结构， 所以具有动态特性，由此产生操纵杆701的机械阻抗。动态特性是一般 公知的基于图35所示的弹簧850/阻尼器851的特性，根据图36所示的 位置指令值和操作值，截止到电位计702的频率特性形成为低通式过滤 器。
此外，通过形成在图34所示的操作值上叠加张紧数据的结构，可以 实现将内窥镜插入部的状态作为力学作用量对操作者进行反馈的结构。
此时，张紧数据被设定成为使反作用力对应于操纵杆701的指令。 即，对应使操纵杆701倾倒的方向，增大对内窥镜牵引丝的负荷。
另外，也可以构成为除张紧传感器800之外，通过检测内窥镜驱动 部的电流来间接地检测张紧。图37示出基于电流检测的内窥镜插入部张 紧检测原理，可以通过利用外部干扰观察器检测来实现。
在图37中，双点划线部900表示实际弯曲电动机30的电动机模型 的方框图。图中来自电动机驱动器的扭矩指令值表示电流指令，根据该 电流指令进行弯曲电动机30的旋转及定位。并且，在双点划线部900中
作为输入而记载的外部干扰指施加给电动机轴的外部干扰负荷。推测外
部干扰值采用以下方法按照图37所示，在控制部37内并列配置双点 划线部900中与实际弯曲电动机30相同的物理模型，根据扭矩指令值和 相对于弯曲电动机30的转速(Speed)信息的逆动态信息，来推测施加 给电动机轴的外部干扰。
下面，使用图38的流程图，并且参照图39的时序图说明动作模式 处理。在步骤S71中，首先使伺服接通(ON)，在步骤S72中，判定是 否是扭矩控制周期事件期间，如果是扭矩控制周期事件，则在步骤S73 中执行扭矩控制运算处理，并返回步骤S72，如果不是扭矩控制周期事件， 则转入步骤S74。
在步骤S74中，判定是否是位置、速度控制事件期间，如果是位置、 速度控制事件，则在步骤S75中执行位置、速度控制运算处理，并返回 步骤S72，如果不是位置、速度控制周期事件，则转入步骤S76。并且， 在步骤S76中判定是否检测到伺服异常，在检测到伺服异常时，在步骤 S77中执行异常停止模式处理，如果没有检测到伺服异常，则返回步骤 S72。
如以上说明的那样，在本实施例中，在遥控操作部7中，操纵杆701 通过电位计702检测其位置，在操纵杆701设有齿轮703，设于伺服电 动机704的旋转轴上的齿轮705与齿轮703啮合，由此操纵杆701可以 借助伺服电动机704的驱动力而移动。另外，还设有可以与控制部37 通信的驱动/通信部706，其检测电位计702的位置信息，并驱动伺服 电动机704。根据这种结构，即使切换执行离合器断开/连接，也能够 自动把操纵杆701的位置调节为弯曲部的弯曲位置。
另外，把控制部37设在内窥镜2的弯曲控制部10b上，但不限于 此，也可以把控制部37设在图像处理装置4内，还可以设在分体的控
制装置内。
(实施例2)
图40和图41表示本发明的实施例2，图40是说明FPGA的电动 机控制器的位置伺服控制的说明图，图41是说明图40所示的位置伺服
控制中的校准模式处理的流程图。
实施例2几乎与实施例1相同，所以只说明不同之处，对相同结构 赋予相同标号，并省略说明。
在本实施例中，如图40所示，利用开关部222切换编码器30a的输 出和电位计35的输出，在离合器机构部36为离合器断开状态时，通过 滤波器1002，利用比例转换部1003把电位计35的输出转换为位置信号， 通过开关部222作为绝对位置信号进行位置控制，并且在离合器机构部 36为离合器连接状态时,通过计数器1000对编码器30a的输出进行计数， 通过开关部222所计数的位置信号作为绝对位置信号进行位置控制。
即功能为，在校准模式时，使用电位计35的值进行大致的对位，在 运行模式时，进行基于编码器30a的精密的位置控制。
由此，可以实现使遥控操作部7的操纵杆的位置与弯曲位置一对一 对应的控制。其他结构与实施例1相同。
说明这样构成的本实施例的作用。使用图41的流程图说明本实施例 中的校准模式处理。
在步骤S81中，运行模式控制器105判定离合器连接是否断开 (OFF)，如果离合器连接断开(OFF)，则在步骤S82中使伺服关闭(OFF)， 并转入步骤S83，如果离合器连接不是断开(OFF)，则直接转入步骤S83。
然后，在步骤S83中，运行模式控制器105判定离合器连接是否接 通(ON)，如果离合器连接接通(ON)，则转入步骤S84，如果离合器连 接不是接通(ON)，则返回步骤S81。
在步骤S84中，判定操作量与当前位置是否在预定范围内，如果在 预定范围内，则转入步骤S85，如果不在预定范围内，则返回步骤S81。
然后，在步骤S85中判定弯曲动作开始指令是否接通(ON)，如果 弯曲动作开始指令接通(ON),则结束处理，如果弯曲动作开始指令不 是接通(ON)，则返回步骤S81。其他作用与实施例l相同。
如以上说明的那样，在本实施例中，在离合器机构部36为离合器断 开状态时，通过滤波器1002，利用比例转换部1003把电位计35的输出 转换为位置信号，通过开关部222作为绝对位置信号进行位置控制，并 且在离合器机构部36为离合器连接状态时，通过计数器1000对编码器 30a的输出进行计数，通过幵关部222对所计数的位置信号作为绝对位置 信号进行位置控制，所以能够根据相对弯曲部的驱动力传递状态进行适 当的弯曲驱动控制。
另外，把控制部37设在内窥镜2的弯曲控制部10b上，但不限于 此，也可以把控制部37设在图像处理装置4内，还可以设在分体的控 制装置内。
本发明不限于上述实施例，可以在不改变本发明宗旨的范围内进行 各种变更和改变。
本发明以在2006年1月13日提出申请的特愿2006—006145号日本 专利申请、和2006年1月13日提出申请的特愿2006—006144号日本专 利申请为基础并要求其优先权，并且上述公开内容被引用于本申请说明 书、权利要求书中。
权利要求
1.一种电动弯曲内窥镜，其特征在于，该电动弯曲内窥镜具有设于插入部的弯曲部；具有使所述弯曲部进行弯曲动作的多个构成部件的弯曲驱动单元；输出用于驱动所述弯曲驱动单元的驱动力的弯曲动力单元；将来自所述弯曲动力单元的所述驱动力选择性地传递给所述弯曲驱动单元的驱动力传递单元；检测所述弯曲动力单元的驱动状态信息的驱动状态检测单元；检测所述弯曲驱动单元的动作信息，并检测所述弯曲部的弯曲状态信息的弯曲状态检测单元；输出使所述弯曲部弯曲的弯曲指示信息的指示单元；驱动所述指示单元的指示驱动单元；和指示驱动控制单元，其根据所述驱动力传递单元的所述驱动力的传递状态，控制所述指示驱动单元。
2. —种电动弯曲内窥镜，其特征在于，该电动弯曲内窥镜具有 设于插入部的弯曲部；具有使所述弯曲部进行弯曲动作的多个构成部件的弯曲驱动单元；输出用于驱动所述弯曲驱动单元的驱动力的弯曲动力单元；将来自所述弯曲动力单元的所述驱动力选择性地传递给所述弯曲驱动单元的驱动力传递单元；检测所述弯曲动力单元的驱动状态信息的驱动状态检测单元； 检测所述弯曲部的弯曲状态信息的弯曲状态检测单元；和 弯曲动作控制单元，其根据所述驱动力传递单元的所述驱动力的传递状态，选择所述驱动状态信息和所述弯曲状态信息来控制弯曲动作。
全文摘要
在本发明中，在遥控操作部(7)中设有操纵杆(701)，其位置由电位计(702)检测。并且，在该操纵杆(701)上设有齿轮(703)，设于伺服电动机(704)的旋转轴上的齿轮(705)与齿轮(703)啮合，由此操纵杆(701)可以借助伺服电动机(704)的驱动力而移动。并且，在遥控操作部(7)还设有可以与控制部(37)通信的驱动/通信部(706)，其检测电位计(702)的位置信息，并驱动伺服电动机(704)。根据这种结构，即使使用离合器机构切换为驱动力传递断开状态/驱动力传递复原状态时，也能够容易进行与弯曲状态对应的操纵杆的位置调节。
文档编号A61B1/00GK101370422SQ20078000239
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月12日 优先权日2006年1月13日
发明者河合利昌 申请人:奥林巴斯医疗株式会社