机械手系统 |
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| 申请号 | CN201480041043.2 | 申请日 | 2014-07-15 | 公开(公告)号 | CN105392442A | 公开(公告)日 | 2016-03-09 |
| 申请人 | 奥林巴斯株式会社; | 发明人 | 畠山直也; 若井浩志; 饭田雅敏; | ||||
| 摘要 | 提供机械手系统(100)，其具有：机械手(1)，其具有处置器具(6)、具有多个通道的插入部(5)以及使处置器具(6)在通道内进行进退和/或旋转的处置器具驱动部(13A、13B)；操作输入部(2)，其输入操作指示；使用通道检测部(22)，其检测插入有处置器具(6)的通道；补偿值设定部(3)，其根据由该使用通道检测部(22)检测出的通道来设定补偿值；以及控制部(3)，其根据操作指示来生成控制 信号 ，使用补偿值将所生成的 控制信号 校正后发送给处置器具驱动部(13A、13B)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种机械手系统，其中，该机械手系统具有： |
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| 说明书全文 | 机械手系统技术领域[0001] 本发明涉及机械手系统。 背景技术[0002] 一般情况下，在内窥镜的插入部中设置有在长度方向上贯通形成的处置器具用的通道，能够经由该通道内将患部的处置所需要的处置器具引导到体内。另外，通过操作者对操作指示装置进行操作，通道内的处置器具能够进退和旋转(例如，参照专利文献1)。 [0003] 作为用于使处置器具进退和旋转的机构，采用通过电动的电动机使处置器具的基端部分在前后方向上推拉并且在周向上旋转的方式。通过使电动机旋转与输入到操作指示装置的操作量成比例的量，能够使处置器具进退和旋转与操作量对应的量。 [0004] 但是，实际上由于处置器具与通道的内表面之间的摩擦或通道内的处置器具的松弛等，施加到处置器具的基端部分的进退运动和旋转运动在被传递到处置器具的前端的期间衰减。即，利用电动机而施加到处置器具的基端部分的进退量/旋转量与处置器具的前端的进退量/旋转量具有非线性的关系。而且，该非线性依赖于插入部的弯曲形状而变化。因此，若仅使电动机的旋转量与操作量成正比例，对于操作者的操作来说，不能获得处置器具良好且相同的响应性。因此，在专利文献1中，根据作为使处置器具的动作的响应性下降的主要原因的弯曲部的弯曲形状来控制电动机，以补偿弯曲部的响应性的下降和偏差，由此，实现上述响应性的改善。 [0005] 现有技术文献 [0006] 专利文献 [0007] 专利文献1：日本特开2007-89808号公报 发明内容[0008] 发明要解决的课题 [0009] 但是，使处置器具的动作的响应性下降的主要原因也在于上述的弯曲部的弯曲形状以外的因素。因此，如专利文献1那样，仅考虑弯曲部的弯曲形状，则存在处置器具的动作的响应性的提高存在界限的问题。 [0010] 本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够高精度地补偿处置器具的动作的响应性的下降和偏差而始终获得良好且相同的响应性的机械手系统。 [0011] 用于解决课题的手段 [0012] 为了实现上述目的，本发明提供以下手段。 [0013] 本发明提供机械手系统，该机械手系统具有：机械手，其具有细长的插入部、处置器具以及处置器具驱动部，其中，该插入部具有在长度方向上贯通形成的多个通道，该处置器具插入于该插入部的所述通道内，该处置器具驱动部使所述处置器具在所述通道内进行进退和旋转中的至少一方的动作；操作输入部，其被操作者输入针对所述处置器具的操作指示；控制部，其根据输入到该操作输入部的所述操作指示而生成用于驱动所述处置器具驱动部的控制信号；使用通道检测部，其检测所述多个通道中的插入有所述处置器具的通道；以及补偿值设定部，其根据由该使用通道检测部检测出的通道来设定针对所述控制信号的补偿值，所述控制部使用由所述补偿值设定部设定的所述补偿值来校正所述控制信号，将被校正的所述控制信号发送给所述处置器具驱动部。 [0014] 根据本发明，当操作者向操作输入部输入操作指示时，控制部将根据该操作指示而生成的控制信号向处置器具驱动部发送，由此，处置器具进行与操作指示对应的进退和旋转中的至少一方的动作。由此，例如，能够使用配置于体外的操作输入部远距离操作经由插入部的通道而配置于体内的处置器具。 [0015] 在这种情况下，控制部使用由补偿值设定部设定的补偿值将控制信号校正后发送到处置器具驱动部。处置器具的动作相对于操作信号的响应性依赖于每个通道的特性、例如内径或内表面的摩擦系数等。根据由使用通道检测部检测出的插入有处置器具的通道来设定补偿值。由此，能够高精度地补偿处置器具的动作的响应性的下降和偏差，始终获得良好且相同的响应性。 [0016] 在上述发明中，也可以是，该机械手系统具有处置器具识别部，该处置器具识别部对插入于各所述通道内的所述处置器具进行识别，所述补偿值设定部还根据由所述处置器具识别部识别到的处置器具的力学特性来设定各所述补偿值。 [0017] 由此，处置器具的响应性也依赖于该处置器具所具有的力学特性。因此，通过在补偿值中也反映处置器具的力学特性，能够进一步高精度地补偿处置器具的响应性的下降和偏差。 [0018] 在上述发明中，也可以是，所述插入部具有细长的具有挠性的软性部和设置于该软性部的前端侧的能够弯曲的弯曲部，该机械手系统具有检测该弯曲部的弯曲形状的弯曲部形状检测部，所述补偿值设定部还根据由所述弯曲部形状检测部检测出的所述弯曲部的弯曲形状来设定各所述补偿值。 [0019] 由此，处置器具的响应性也依赖于弯曲部的弯曲形状。因此，通过在补偿值中也反映弯曲部的弯曲形状，能够进一步高精度地补偿处置器具的响应性的下降和偏差。 [0020] 在上述发明中，也可以是，所述插入部具有细长的具有挠性的软性部和设置于该软性部的前端侧的能够弯曲的弯曲部，该机械手系统具有检测所述软性部的弯曲形状的软性部形状检测部，所述补偿值设定部还根据由所述软性部形状检测部检测出的所述软性部的弯曲形状来设定各所述补偿值。 [0021] 由此，处置器具的响应性也依赖于软性部的弯曲形状。因此，通过在补偿值中也反映软性部的弯曲形状，能够进一步高精度地补偿处置器具的响应性的下降和偏差。 [0022] 在上述发明中，也可以是，该机械手系统具有体外部分形状检测部，该体外部分形状检测部检测所述处置器具的被从所述插入部向外部拉出的基端侧的部分的弯曲形状，所述补偿值设定部还根据由所述体外部分形状检测部检测出的所述处置器具的基端侧的部分的弯曲形状来设定各所述补偿值。 [0023] 由此，处置器具的响应性也依赖于位于插入部的外部的基端侧的部分的弯曲形状。因此，通过在补偿值中也反映处置器具的基端侧的部分的弯曲形状，能够进一步高精度地补偿处置器具的响应性的下降和偏差。 [0024] 在上述发明中，也可以是，所述通道由在所述插入部内沿长度方向配置的管构成，该管在所述插入部内的径向的位置被固定。 [0025] 由此，作为处置器具的响应性的偏差的主要原因的在处置器具中产生的摩擦或松弛等的偏差依赖于穿过插入部内的处置器具的路径。通过固定插入部内的管的径向的位置来规定处置器具的路径，能够降低所述摩擦或松弛的偏差，提高基于补偿值的处置器具的响应性的下降和偏差的补偿精度。 [0026] 在上述发明中，也可以是，所述控制部对所述处置器具驱动部进行前馈控制或者反馈控制，所述补偿值设定部将所述控制部在所述前馈控制或者反馈控制中使用的增益作为所述补偿值。 [0027] 由此，能够利用简单的控制方法补偿弯曲部的响应性的下降和偏差。 [0028] 在上述发明中，也可以是，所述控制部将重叠了偏移信号的所述控制信号发送给所述处置器具驱动部，所述补偿值设定部将在所述处置器具的动作的方向切换成相反方向时符号反转的所述偏移信号设定为各所述补偿值。 [0029] 由此，能够有效地消除处置器具的动作的方向反转时产生的反冲力。 [0030] 发明效果 [0032] 图1是示出本发明的第1实施方式的机械手系统的基本结构的外观图。 [0033] 图2是示出图1的机械手系统所具有的插入部的前端部分的结构的外观图。 [0034] 图3是示出图1的机械手系统的整体结构的框图。 [0035] 图4是示出图1的机械手系统所具有的插入部的整体结构的外观图。 [0036] 图5是示出使图4的弯曲部进行弯曲的机构的结构图。 [0037] 图6是示出处置器具用的通道的结构的插入部的侧视图。 [0038] 图7是示出图1的机械手系统所具有的处置器具的整体结构的图。 [0039] 图8是示出本发明的第2实施方式的机械手系统的整体结构的框图。 [0040] 图9是图8的控制部所保持的FF增益的表。 [0041] 图10是示出本发明的第3实施方式的机械手系统的整体结构的框图。 [0042] 图11是图10的控制部所保持的FF增益的表。 [0043] 图12是说明弯曲部的弯曲角度与各通道的弯曲半径的关系的弯曲部的侧视图。 [0044] 图13是说明弯曲部的弯曲方向与各通道的弯曲半径的关系的弯曲部的侧视图。 [0045] 图14是说明弯曲部的弯曲方向与2个通道的位置的关系的插入部的正视图。 [0046] 图15是示出本发明的第4实施方式的机械手系统的整体结构的框图。 [0047] 图16A是说明基于图15的软性部形状检测部的特征量k的计算方法的图，是示出由软性部形状检测部检测出的软性部的弯曲形状的图。 [0048] 图16B是说明基于图15的软性部形状检测部的特征量k的计算方法的图，是示出微小区间的变量的图。 [0049] 图17是图15的控制部所保持的FF增益的表。 [0050] 图18是示出本发明的第5实施方式的机械手系统的整体结构的框图。 [0051] 图19是图18的控制部所保持的FF增益的表。 [0052] 图20是示出本发明的第6实施方式的机械手系统的整体结构的框图。 [0053] 图21是示出图20的机械手系统所具有的插入部的前端部分的结构的外观图。 [0054] 图22是图20的控制部所保持的FF增益的表。 具体实施方式[0055] (第1实施方式) [0056] 参照图1至图7对本发明的第1实施方式的机械手系统100进行说明。 [0057] 首先，对本实施方式的机械手系统100的概要进行说明。如图1所示，本实施方式的机械手系统100具有从机械手(机械手)1、主输入部(操作输入部)2以及控制部3作为基本结构，其中，该主输入部(操作输入部)2由手术人员(操作者)Op操作，该控制部3根据在该主输入部2中进行的操作来控制从机械手1。 [0058] 从机械手1具有：从动臂4，其配置于患者P横卧的手术台80的附近；插入部5，其保持于该从动臂4的前端；以及处置器具6，其插入于该插入部5内。如图2所示，在插入部5的前端设置有观察部件7，利用该观察部件7拍摄插入部5的前端前方的视野和从插入部 5的前端突出的处置器具6。观察部件7所获取的影像显示在设置于主输入部2的显示部 8上。通过向与插入部5的长度方向垂直的上下方向(UD方向)或者左右方向(LR方向)变更设置于插入部5的前端部分的弯曲部15的弯曲角度，能够移动观察部件7的视野。 [0059] 手术人员Op通过一边观察显示于显示部8的体内以及处置器具6的影像一边操作设置于主输入部2的主臂9，能够远距离操作插入于患者P的体内的插入部5和经由该插入部5内而被导入到体内的处置器具6。 [0060] 接着，对机械手系统100的各部分进行详细的说明。 [0061] 如图3所示，从动臂4具有：插入部安装部10，其安装有插入部5；多个处置器具安装部11A、11B，它们安装有处置器具6；弯曲部驱动部12，其驱动安装于插入部安装部10的插入部5的弯曲部15；以及多个处置器具驱动部13A、13B，它们驱动安装于各处置器具安装部11A、11B的处置器具6。在本实施方式中，如后述那样，设想设置有2个用于使处置器具6插入于插入部5的通道5A、5B的结构，处置器具安装部11A、11B和处置器具驱动部13A、 13B与各通道5A、5B对应地各设置2个。以下，将2个处置器具安装部11A、11B统称为处置器具安装部11。另外，将2个处置器具驱动部13A、13B统称为处置器具驱动部13。 [0062] 图4示出插入部5的外观。如图4所示，插入部5具有：细长的软性部14，其具有挠性；以及能够弯曲的弯曲部15，其设置于该软性部14的前端侧。软性部14的基端侧连接安装单元16，该安装单元16安装于从动臂4的插入部安装部10。弯曲部15具有连结有多个节环或弯曲块等的公知的结构。弯曲部15构成为通过在安装单元16内对连接于最前端侧的节环等的UD弯曲用的线15a和LR弯曲用的线15b的基端部分进行推拉而向UD方向和LR方向弯曲。 [0063] 具体地说，如图5所示，各线15a、15b的基端部分被从软性部14的基端拉出，卷绕在设置于安装单元16内的滑轮16a上。安装单元16构成为当被安装于插入部安装部10时，各滑轮16a与弯曲部驱动部12所具有的各电动机12a连结成同轴。电动机12a根据来自控制部3的弯曲控制信号而旋转，由此，滑轮16a正转或者反转，由此，线15a、15b被推拉，弯曲部15的弯曲角度变更。此外，在图5中，为了简化附图，仅图示出1个电动机12a，另外，仅图示出卷绕于软性部14侧的2个滑轮16的2根线15a、15b。 [0064] 如图6所示，插入部5具有从插入部5的前端沿长度方向贯通形成的多个(在本例中是2个)通道5A、5B。通道5A、5B由具有挠性的管构成，从插入部5的前端延伸到设置于插入部5的基端侧的处置器具用端口17。从处置器具用端口17向各通道5A、5B插入处置器具6。 [0065] 处置器具6是高频刀或圈状勒除器、把持钳子等，如图7所示，该处置器具6具有：细长的主体18，其具有挠性；以及处置部19，其设置于该主体18的前端。主体18的基端连接有安装于从动臂4的处置器具安装部11的安装单元20。通过在安装单元20内对主体 18的基端部分在长度方向上进行推拉或者在周向上旋转，处置器具6整体在通道5A、5B内进退或者旋转。 [0066] 具体地说，在安装单元20内设置有滑轮20a，该滑轮20a与主体18的基端连结成同轴。该滑轮20a固定于工作台20b，该工作台20b能够在主体18的长度方向上直线运动。另一方面，在处置器具驱动部13中设置有使滑轮20a旋转的旋转电动机13a和使工作台 20b直线移动的直动电动机13b。安装单元20构成为当被安装于处置器具安装部11时，滑轮20a与旋转电动机13a连结，工作台20b与直动电动机13b连结。由此，旋转电动机13a根据来自控制部3的旋转控制信号(控制信号)使滑轮20a旋转，由此，处置器具6旋转。 另外，直动电动机13b根据来自控制部3的进退控制信号(控制信号)使工作台20b直线移动，由此，处置器具6进退。 [0067] 如上所述，主输入部2具有：显示部8，其显示由观察部件7获取的影像；以及多个主臂9，其由手术人员Op操作。主臂9能够被手术人员Op输入至少对弯曲部15和处置器具6的操作指示。主输入部2生成与手术人员Op输入到主臂9的操作指示对应的操作信号，并且向控制部3发送所生成的操作信号。 [0068] 控制部3在从主输入部2接收到对弯曲部15的操作信号时，根据该操作信号生成用于驱动弯曲部驱动部12的弯曲控制信号，并且向弯曲部驱动部12发送该弯曲控制信号。另外，控制部3在从主输入部2接收到针对处置器具6的操作信号时，根据该操作信号生成用于驱动处置器具驱动部13的进退控制信号和旋转控制信号，并且向处置器具驱动部13发送该进退控制信号和旋转控制信号。在各驱动部12、13的电动机12a、13a、13b上安装有检测其旋转量的编码器(省略图示)。控制部3通过从编码器接收各电动机12a、13a、13b的旋转量来识别弯曲部15的弯曲量、处置器具6的进退量或者旋转量，并且根据所识别的这些量对各驱动部12、13的电动机12a、13a、13b进行反馈(FB)控制。 [0069] 而且，本实施方式的机械手系统100具有使用通道检测部22，该使用通道检测部22对插入有处置器具6的通道5A、5B进行检测。 [0070] 在各处置器具安装部11A、11B上设置有条形码或IC标签等记录介质，该条形码或IC标签等记录介质记录了用于识别对应的通道5A、5B的识别信息。使用通道检测部22设置于安装单元20，当安装单元20安装于处置器具安装部11A或者11B时，该使用通道检测部22读取记录于该处置器具安装部11A或者11B的记录介质的识别信息，并且经由从动臂4将所读取的识别信息向控制部3发送。 [0071] 此外，使用通道检测部22也可以构成为对通道5A、5B进行电识别或者磁识别。例如，也可以构成为在处置器具安装部11上设置根据对应的通道5A、5B而具有不同的特性的磁石或者电阻，使用通道检测部22检测磁石或者电阻的特性。或者，使用通道检测部22也可以由键盘、触控面板、按钮等输入单元构成。 [0072] 这里，控制部(补偿值设定部)3在从主输入部2接收到针对处置器具6的操作信号时，在向处置器具驱动部13发送进退控制信号和旋转控制信号之前，设定针对进退控制信号和旋转控制信号各自的补偿值。 [0073] 即，控制部3将针对进退控制信号和旋转控制信号各自的补偿值与各通道5A、5B对应起来进行保持。该补偿值是乘在进退控制信号和旋转控制信号上的前馈(FF)增益K1、K2，例如，是通过对使用了各通道5A、5B时的输入到处置器具驱动部13A、13B的进退控制信号和旋转控制信号与处置器具6的前端的实际的进退距离和旋转角度之间的关系进行测量而在实验中确定的值。 [0074] 控制部3根据从使用通道检测部22接收到的通道5A、5B的识别信息来识别插入有处置器具6的通道5A、5B，选择与所识别的通道5A、5B对应的FF增益K1、K2。接着，控制部3通过在根据操作信号而生成的进退控制信号和旋转控制信号上分别乘以FF增益K1、K2来放大进退控制信号和旋转控制信号，并且将被放大的进退控制信号和旋转控制信号发送到与所识别的通道5A、5B对应的处置器具驱动部13A、13B，由此对处置器具驱动部13A、13B进行前馈控制。 [0075] 接着，对这样构成的机械手系统100的作用进行说明。 [0076] 要想使用本实施方式的机械手系统100对体内进行处置，如图1所示，手术人员Op首先从患者P的自然开口(在图示的例子中是嘴)将插入部5插入于体内。手术人员Op一边通过显示部8观察由观察部件7获取的影像一边使插入部5的前端移动到对象部位。 [0077] 接着，手术人员Op将处置器具6插入到根据处置而选择的通道5A、5B，将安装单元20安装于与所选择的通道5A、5B对应的处置器具安装部11A、11B。在本例中，将处置器具 6插入于第1通道5A，将安装单元20安装于第1处置器具安装部11A。通过使用通道检测部22读取被附加到第1处置器具安装部11A的记录介质的识别信息，并且将该识别信息发送到控制部3，由此，控制部3识别出处置器具6被插入到第1通道5A。而且，控制部3选择与第1通道5A对应的FF增益K1。 [0078] 接着，手术人员Op使插入于通道5A内的处置器具6从插入部5的前端开口突出。而且，手术人员Op通过一边观察显示于显示部8的影像一边变更弯曲部15的弯曲角度、处置器具6的突出量以及旋转方向来调整处置部19与体内的对象部位之间的位置关系，并且通过处置部19处置对象部位。 [0079] 此时，当手术人员Op向主臂9输入用于使处置器具6前进或者后退的操作时，与该操作对应的操作信号被从主臂9发送到控制部3。控制部3根据所接收到的操作信号生成用于使处置器具6进行进退动作的进退控制信号和用于使处置器具6进行旋转动作的旋转控制信号。接着，控制部3通过将被FF增益K1放大的进退控制信号和旋转控制信号发送到处置器具驱动部13A而对处置器具驱动部13A进行FF控制。 [0080] 在手术人员Op希望在第2通道5B内使用处置器具6的情况下，从第1通道5A内拔出处置器具6，将该处置器具6插入于第2通道5B内。此时，手术人员Op将安装单元20替换安装于与第2通道5B对应的第2处置器具安装部11B。被附加到第2处置器具安装部11B的记录介质的识别信息被使用通道检测部22读取，并且将该识别信息发送到控制部3，由此，控制部3识别出处置器具6从第1通道5A移动到第2通道5B。因此，控制部3从FF增益K1切换到与第2通道5B对应的FF增益K2，将进退控制信号和旋转控制信号的发送目的地变更成处置器具驱动部13B。 [0081] 这里，对处置器具6的动作相对于手术人员Op输入到主臂9的操作的响应特性进行说明。 [0082] 通过电动机13a、13b施加到主体18的基端部分的直线运动和旋转运动由于在处置器具6与通道5A、5B的内表面之间产生的摩擦或通道5A、5B内的主体18的松弛等主要原因而在传递到主体18的前端的期间衰减。由此，相对于电动机13a、13b的输出来说，处置部19的实际的进退量和旋转量变小。上述摩擦或松弛根据通道5A、5B的内径和内表面的材料而不同。其结果，即使是相同的处置器具6，也根据在哪个通道5A、5B内使用而导致处置器具6的动作的响应性产生偏差。 [0083] 根据本实施方式，根据通道5A、5B来设定对进退控制信号和旋转控制信号进行放大的FF增益K1、K2，由此，依赖于每个通道5A、5B的特性的差异的处置器具6的动作的响应性的偏差得以补偿。由此，存在如下优点：即使在任意的通道5A、5B内使用处置器具6，也能够始终获得良好且相同的处置器具6的进退动作和旋转动作的响应性。 [0084] 此外，在本实施方式中，补偿值是前馈增益，但也可以代替它，而是其它的补偿值。 [0085] 例如，补偿值也可以是在控制部3对处置器具驱动部13的反馈控制中使用的反馈增益。 [0086] 如上所述，控制部3根据由编码器检测出的电动机12a、13a、13b的输出对这些电动机12a、13a、13b进行反馈控制。因此，控制部3也可以按照每个通道5A、5B设定反馈增益。即使这样，也能够高精度地补偿由通道5A、5B不同而引起的处置器具6的响应性的偏差。 [0087] 或者，补偿值也可以是控制部3为了对进退控制信号和旋转控制信号施加偏移而加在这些控制信号上的摩擦补偿系数(偏移信号)。摩擦补偿系数被设定成在处置器具6的动作的方向切换到相反方向的折回部分，符号反转。由此，尤其能够降低在将动作的方向切换到相反方向时(例如，从左旋转切换到右旋转时)产生的反冲力。 [0088] (第2实施方式) [0089] 接着，参照图8和图9对本发明的第2实施方式的机械手系统200进行说明。 [0090] 如图8所示，在本实施方式的机械手系统200中，在如下的点上与第1实施方式不同：机械手1具有2个处置器具6，还具有对插入到通道5A、5B内的处置器具6进行识别的处置器具识别部23。因此，在本实施方式中，主要对处置器具识别部23进行说明，对与第1实施方式共同的结构标注相同的标号而省略说明。 [0091] 2个处置器具6例如种类彼此不同，主体18的刚性和表面的摩擦系数彼此不同。此外，机械手1也可以具有3个以上的处置器具6。此外，在图8中，仅图示插入到通道5A的第1处置器具6，省略第2处置器具的图示。 [0092] 在本实施方式中，在安装单元20上设置有条形码或IC标签等记录介质。在该记录介质中记录了用于对连接有安装单元20的处置器具6进行识别的识别信息。处置器具识别部23设置于各处置器具安装部11，当安装单元20安装于处置器具安装部11时，该处置器具识别部23从被附加到该安装单元20的记录介质读取处置器具6的识别信息，并且将所读取的处置器具6的识别信息发送到控制部3。 [0093] 控制部3根据从处置器具识别部23接收到的处置器具6的识别信息识别哪个处置器具6被插入到通道5A、5B。控制部3根据从使用通道检测部22接收到的通道5A、5B的识别信息和从处置器具识别部23接收到的处置器具6的识别信息来设定FF增益。具体地说，如图9所示，控制部3具有将通道5A、5B和处置器具6与FF增益K1、K2、K3、K4对应起来的表。控制部3从4个FF增益K1、K2、K3、K4中选择与各识别信息所表示的通道5A、5B和处置器具6的组合相对应的增益。 [0094] 接着，对这样构成的机械手系统200的作用进行说明。 [0095] 基本顺序与第1实施方式相同。在本实施方式的机械手系统200中，FF增益的设定方法与第1实施方式不同。 [0096] 手术人员Op将根据处置而选择的处置器具6插入到任意的通道5A、5B内，将安装单元20安装于与插入了处置器具6的通道5A、5B对应的处置器具安装部11A、11B。例如，假设将第1处置器具6插入到第1通道5A。附加到第1处置器具安装部11A的通道5A的识别信息被使用通道检测部22读取，并且该识别信息被发送到控制部3。与此同时，附加到第1处置器具6的该处置器具6的识别信息被处置器具识别部23读取，并且该识别信息被发送到控制部3。由此，控制部3识别出第1处置器具6被插入到第1通道5A。控制部3选择针对第1通道5A和第1处置器具6的组合而设定的FF增益K1。之后，当向主臂9输入针对处置器具6的操作时，控制部3在进退控制信号和旋转控制信号上乘以FF增益K1，并且将被放大的这些控制信号发送到处置器具驱动部13A。 [0097] 在通过手术人员Op变更处置器具6或者通道5A、5B的情况下，控制部3从使用通道检测部22和处置器具识别部23分别重新接收识别信息，并且根据接收到的识别信息从FF增益K1切换到FF增益K2、K3或者K4。 [0098] 这里，上述的处置器具6的动作的响应性还依赖于通道5A、5B与处置器具6的组合而不同。即，处置器具6与通道5A、5B的内表面之间产生的摩擦根据通道5A、5B的内径和内表面的材料与处置器具6的外形和材料的组合而不同。而且，对于每个处置器具6，响应性根据处置器具6的主体18所具有的刚性等力学的特性而不同。其结果，即使使用的通道5A、5B相同，在插入到该通道5A、5B内的处置器具6不同的情况下，动作的响应性也会按照每个处置器具6而不同。 [0099] 根据本实施方式，还根据通道5A、5B与处置器具6的组合来设定FF增益K1、K2、K3、K4，由此，根据通道5A、5B与处置器具6的组合而不同的处置器具6的动作的响应性的偏差也进一步得到补偿。由此，存在如下优点：即使在任意的通道5A、5B内使用任意的处置器具6，也能够始终获得良好且相同的处置器具6的进退动作和旋转动作的响应性。 [0100] (第3实施方式) [0101] 接着，参照图10至图14对本发明的第3实施方式的机械手系统300进行说明。 [0102] 如图10所示，本实施方式的机械手系统300是在第2实施方式的机械手系统200中进一步设置检测弯曲部15的弯曲角度θ的弯曲部形状检测部24而得的。因此，在本实施方式中，主要对弯曲部形状检测部24进行说明，对与第1和第2实施方式共同的结构标注相同的标号而省略说明。 [0103] 弯曲部形状检测部24从设置于弯曲部驱动部12的各旋转电动机12a的编码器分别接收旋转电动机12a的旋转角度，并且将所接收到的旋转角度换算成弯曲部15的弯曲角度θ，由此，获得弯曲角度θ。 [0104] 此外，除了上述的编码器的输出之外，弯曲部形状检测部24还可以使用其它的手段检测弯曲部15的弯曲角度。例如，弯曲部形状检测部24也可以根据控制部3发送到弯曲部驱动部12的弯曲控制信号来检测弯曲部15的弯曲角度θ。或者，弯曲部形状检测部24也可以通过设置于弯曲部15的长度方向的多个位置的弯曲传感器来检测弯曲部15的实际的弯曲角度。作为弯曲传感器，例如能够使用变形传感器或者光纤传感器等。而且，也可以具有被设置为固定于各线15a、15b的前端部分、与各线15a、15b并列延伸到软性部14的基端侧、能够与各线15a、15b一起移动的线材，根据该线材的移动量来检测弯曲部15的实际的弯曲角度。在这种情况下，线材相当于传感器。 [0105] 或者，弯曲部形状检测部24也可以使用内窥镜插入形状观测装置来检测弯曲部15的弯曲形状。在这种情况下，在弯曲部15中，在长度方向的不同位置内置有多个磁线圈。内窥镜插入形状观测装置接收内置于弯曲部15的磁线圈所产生的磁，并且根据接收到的磁运算各磁线圈的位置，以圆滑的曲线连结所获得的磁线圈的位置，由此，获取弯曲部15的弯曲形状。 [0106] 在本实施方式中，如图11所示，控制部3具有将通道5A、5B和处置器具6与FF增益Ki+fθ+fR(其中，i＝1、2、3、4)对应起来的表。FF增益被定义为弯曲部15的弯曲角度θ的函数fθ和弯曲角度θ下的各通道5A、5B的弯曲半径R的函数fR。如在第2实施方式中说明的那样，控制部3从4个Ki+fθ+fR中选择1个，将从弯曲部形状检测部24接收到的弯曲角度θ和对应于该弯曲角度θ的各通道5A、5B的弯曲半径R代入所选择的FF增益的各函数fθ、fR中，由此，计算FF增益的值。 [0107] 接着，对这样构成的机械手系统300的作用进行说明。 [0108] 基本顺序与第1实施方式相同。在本实施方式的机械手系统300中，FF增益的设定方法与第1和第2实施方式不同。 [0109] 如在第2实施方式中说明的那样，控制部3根据处置器具6与插入有该处置器具6的通道5A或者5B的组合来选择FF增益Ki+fθ+fR。之后，当向主臂9输入针对处置器具 6的操作时，控制部3从弯曲部形状检测部24接收弯曲部15的弯曲角度θ，使用所接收的弯曲角度θ和与该所接收的弯曲角度θ对应的通道5A或者5B的弯曲半径R来计算FF增益的值，在进退控制信号和旋转控制信号上乘以所计算的值，将被放大的这些控制信号发送到处置器具驱动部13。 [0110] 这里，上述的处置器具6的响应性的偏差也依赖于弯曲部15的弯曲角度θ和各通道5A、5B的弯曲半径R。例如，如图12所示，当弯曲部15以第1通道5A位于外周侧的方式弯曲时，第1通道5A的弯曲半径R1与第2通道5B的弯曲半径R2彼此不同，R1＞R2。因此，适当的FF增益根据弯曲部15的弯曲角度θ，还根据处置器具6被插入到哪个通道 5A、5B而不同。 [0111] 根据本实施方式，还根据弯曲部15的弯曲角度θ和通道5A、5B的弯曲半径R来设定FF增益Ki+fθ+fR，由此，由弯曲部15的弯曲角度θ和弯曲半径R的差异而引起的处置器具6的动作的响应性的偏差也进一步得到补偿。由此，除了第2实施方式的效果之外，还具有如下优点：即使在任意的弯曲角度θ下使用处置器具6，也能够始终获得良好且相同的处置器具6的进退动作和旋转动作的响应性。 [0112] 此外，在本实施方式中，也可以进一步根据弯曲部15的弯曲方向设定FF增益。 [0113] 例如，也可以是在弯曲部15向左侧弯曲时(即，-90°≦θ≦0°)和在弯曲部15向右侧弯曲时(即，0°≦θ≦90°)，分别设定不同的函数fθ。 [0114] 如图13所示，在弯曲部15向左侧弯曲时和在弯曲部15向右侧弯曲时，各通道5A、5B的弯曲半径R(R1、R2)不同。因此，也可以按照弯曲部15的每个弯曲方向设定函数fθ，并且如下式那样对图11所示的FF增益进行变形。这里，K是K1、K2、K3或者K4。 [0115] FF增益(左侧)＝K+fθ_LEFT+fR [0116] FF增益(右侧)＝K+fθ_RIGHT+fR [0117] 由此，能够进一步提高处置器具6的响应性。 [0118] 另外，在本实施方式中，也可以在补偿值中反映弯曲部15的LR方向和UD方向双方的弯曲角度，如下式那样对图11所示的FF增益进行变形。这里，fθ_LR是弯曲部15的LR方向的弯曲角度θLR的函数，fR_LR是弯曲角度θLR下的LR平面内的各通道5A、5B的弯曲半径的函数，fθ_UD是弯曲部15的UD方向的弯曲角度θUD的函数，fR_UD是弯曲角度θUD下的UD平面内的各通道5A、5B的弯曲半径的函数。 [0119] FF增益＝K+fθ_LR+fR_LR+fθ_UD+fR_UD [0120] 在使弯曲部15向LR方向和UD方向的双方弯曲的状态下，通道5A、5B的弯曲形状受到弯曲部15的LR方向的弯曲角度和弯曲部15的UD方向的弯曲角度的双方的影响。因此，通过使用上述的公式，能够进一步提高处置器具6的响应性。 [0121] 另外，在本实施方式中，也可以按照每条通道5A、5B将函数fθ_LR、fR_LR、fθ_UD、fR_UD设定成最佳，如下式那样对图11所示的FF增益进行变形。 [0122] FF增益(第1通道) [0123] ＝K+fθ_LR1+fR_LR1+fθ_UD1+fR_UD1 [0124] FF增益(第2通道) [0125] ＝K+fθ_LR2+fR_LR2+fθ_UD2+fR_UD2 [0126] 如图14所示，在通道5A、5B的排列方向相对于弯曲部15的弯曲方向(LR方向和UD方向)倾斜的情况下，弯曲部15的弯曲角度θUD、θUD与各通道5A、5B的LR方向以及UD方向的弯曲半径R的对应关系不同。因此，通过使用上述的公式，能够进一步提高处置器具6的响应性。 [0127] (第4实施方式) [0128] 接着，参照图15至图17对本发明的第4实施方式的机械手系统400进行说明。 [0129] 如图15所示，本实施方式的机械手系统400是在第3实施方式的机械手系统300中进一步设置软性部形状检测部25而得的，该软性部形状检测部25检测软性部14的弯曲形状。因此，在本实施方式中，主要对软性部形状检测部25进行说明，对与第1至第3实施方式共同的结构标注相同的标号而省略说明。 [0130] 软性部形状检测部25具有上述的内窥镜插入形状观测装置。即，软性部形状检测部25接收内置于在软性部14的长度方向上不同的位置的多个磁线圈所产生的磁，根据接收到的磁运算各磁线圈的位置，以圆滑的曲线连结所获得的磁线圈的位置，由此，获取软性部14的弯曲形状。 [0131] 接着，软性部形状检测部25根据由内窥镜插入形状观测装置获取的软性部14的弯曲形状按照以下的顺序计算表示软性部14的整体的弯曲量的特征量k。首先，如图16A和图16B所示，软性部形状检测部25将软性部14在长度方向上分割成微小区间Δd，对各微小区间Δd测量弯曲半径r和弯曲角度 软性部形状检测部25保持对微小区间Δd的特征量Δk与弯曲半径r以及弯曲角度 的关系进行定义的函数。该函数被设定成，当软性部14呈直线状延伸时(即，r＝∞且弯曲角度 时)，特征量Δk为零，弯曲半径r越小，另外，弯曲角度 越大，则特征量Δk越大。通过将弯曲半径r和弯曲角度 代入到该函数，能够获得关于各微小区间Δd的特征量Δk。而且，通过在软性部14的整个长度上对特征量Δk进行积分，计算表示软性部14整体的弯曲形状的弯曲量的特征量k。在图 16A中，标号X表示插入部5所插入的大肠。 [0132] 在本实施方式中，如图17所示，控制部3具有将通道5A、5B和处置器具6与FF增益Ki+fθ+fR+gk(其中，i＝1、2、3、4)对应起来的表。FF增益还被定义为软性部14的特征量k的函数gk。如在第2实施方式中说明的那样，控制部3从4个FF增益Ki+fθ+fR+gk中选择1个，通过将弯曲角度θ和弯曲半径R、从软性部形状检测部25接收到的特征量k代入到所选择的FF增益的各函数fθ、fR、gk中来计算FF增益的值。 [0133] 接着，对这样构成的机械手系统400的作用进行说明。 [0134] 基本顺序与第1实施方式相同。在本实施方式的机械手系统400中，FF增益的设定方法与第1至第3实施方式不同。 [0135] 如在第2实施方式中说明的那样，控制部3根据处置器具6与插入有该处置器具6的通道5A或者5B的组合来选择FF增益Ki+fθ+fR+gk。之后，当向主臂9输入针对处置器具6的操作时，控制部3还从软性部形状检测部25接收特征量k，使用所接收的特征量k以及上述的弯曲角度θ和弯曲半径R来计算FF增益的值，在进退控制信号和旋转控制信号上乘以所计算的值，将被放大的这些控制信号发送到处置器具驱动部13。 [0136] 这里，上述的处置器具6的响应性的偏差还依赖于软性部14的弯曲形状。例如，与软性部14呈直线状延伸时相比，软性部14弯曲时的处置器具6的动作的响应性较低。这样的处置器具6的动作的响应性的下降和偏差是因在通道5A、5B内的处置器具6的主体18中产生的摩擦或松弛根据软性部14的弯曲形状而不同所引起的。 [0137] 根据本实施方式，还根据软性部14的弯曲形状来设定FF增益Ki+fθ+fR+gk，由此，由软性部14的弯曲形状的差异而引起的处置器具6的动作的响应性的偏差也进一步得到补偿。由此，除了第3实施方式的效果之外，还具有如下优点：即使在软性部14的任意的弯曲形状下使用处置器具6，也能够始终获得良好且相同的处置器具6的进退动作和旋转动作的响应性。 [0138] 此外，在本实施方式中，优选构成通道5A、5B的管在插入部5内在径向的位置被固定。 [0139] 如果管在软性部14和弯曲部15的内部沿径向移动自如的情况下，即使软性部14和弯曲部15的弯曲形状相同，最佳的补偿值也可能不同。这是因为在处置器具6的主体18中产生的摩擦或松弛可能因在管的路径中产生偏差而不同。 [0140] 因此，因为通过规定管在插入部5内的路径，软性部14和弯曲部15的弯曲形状与处置器具6的主体18的弯曲形状一一对应，因此能够提高基于补偿值的处置器具6的响应性的下降和偏差的补偿精度。 [0141] (第5实施方式) [0142] 接着，参照图18和图19对本发明的第5实施方式的机械手系统500进行说明。 [0143] 如图18所示，本实施方式的机械手系统500是在第4实施方式的机械手系统400中进一步设置体外部分形状检测部26而得的，该体外部分形状检测部26通过识别被插入到插入部5的处置器具6的安装单元20来检测处置器具6的主体18的基端侧的部分的弯曲形状。因此，在本实施方式中，主要对体外部分形状检测部26进行说明，对与第1至第4实施方式共同的结构标注相同的标号而省略说明。 [0144] 体外部分形状检测部26检测主体18的被从通道17向插入部5的外部拉出的基端侧的部分(以下，将该部分称为处置器具6的体外部分)的弯曲角度θex。 [0145] 由于安装有安装单元20的处置器具安装部11A、11B的位置根据处置器具6插入的通道5A、5B而不同，导致了处置器具6的体外部分的回绕形状不同。另外，该回绕形状也根据主体18的刚性或长度尺寸等而按照每个处置器具6而不同。体外部分的回绕形状按照每个处置器具安装部11A、11B与处置器具6的组合而基本恒定。因此，通过测量将安装单元20安装于各处置器具安装部11A、11B时的各处置器具6的体外部分的弯曲角度θex，事先获取将处置器具6和处置器具安装部11A、11B与弯曲角度θex对应起来的表。而且，体外部分形状检测部26通过根据上述的通道5A、5B和处置器具6的识别信息而参照表，能够检测弯曲角度θex。 [0146] 在本实施方式中，如图19所示，控制部3具有将通道5A、5B和处置器具6与FF增益Ki+fθ+fR+gk+hθex(其中，i＝1、2、3、4)对应起来的表。FF增益还被定义为体外部分的弯曲角度θex的函数hθex。如在第2实施方式中说明的那样，控制部3从4个FF增益Ki+fθ+fR+gk+hθex中选择1个，将弯曲角度θ、弯曲半径R以及特征量k和从体外部分形状检测部26接收到的弯曲角度θex代入所选择的FF增益的各函数fθ、fR、gk、hθex中，由此，计算FF增益的值。 [0147] 接着，对这样构成的机械手系统500的作用进行说明。 [0148] 基本顺序与第1实施方式相同。在本实施方式的机械手系统400中，FF增益的设定方法与第1至第4实施方式不同。 [0149] 如在第2实施方式中说明的那样，控制部3根据处置器具6与插入有该处置器具6的通道5A或者5B的组合来选择FF增益Ki+fθ+fR+gk+hθex。之后，当向主臂9输入针对处置器具6的操作时，控制部3还从体外部分形状检测部26接收弯曲角度hθex，使用所接收的弯曲角度hθex和上述的弯曲角度θ、弯曲半径R以及特征量k来计算FF增益的值，在进退控制信号和旋转控制信号上乘以所计算的值，将被放大的这些控制信号发送到处置器具驱动部13。 [0150] 这里，上述的处置器具6的响应性的偏差还依赖于处置器具6的体外部分的弯曲形状。 [0151] 根据本实施方式，还根据体外部分的弯曲角度θex来设定FF增益Ki+fθ+fR+gk+hθex，由此，由体外部分的弯曲角度θex的差异而引起的处置器具6的动作的响应性的偏差也进一步得到补偿。由此，除了第4实施方式的效果之外，还具有如下优点：即使在任意的体外部分的回绕路径下使用处置器具6，也能够始终获得良好且相同的处置器具6的进退动作和旋转动作的响应性。 [0152] (第6实施方式) [0153] 接着，参照图20至图22对本发明的第6实施方式的机械手系统600进行说明。 [0154] 如图20所示，本实施方式的机械手系统600是在第3实施方式的机械手系统300中进一步设置2个弯曲部形状检测部242、243而得的。因此，在本实施方式中，主要对弯曲部形状检测部242、243进行说明，对与第1至第5实施方式共同的结构标注相同的标号而省略说明。 [0155] 在本实施方式中，如图21所示，在插入部5中还设置有2个弯曲部152、153。即，设置有从插入部5的前端延伸的2个臂部142、143，各臂部142、143在前端部分具有弯曲部152、153。通道5A、5B延伸到臂部142、143的前端，处置器具6能够从臂部142、143的前端出没。弯曲部152、153与弯曲部15同样地被各自设置的弯曲部驱动部(省略图示)驱动。 [0156] 弯曲部形状检测部242、243分别与在第3实施方式中说明的弯曲部形状检测部24同样地检测弯曲部152、153的弯曲角度θ2、θ3。 [0157] 在本实施方式中，如图22所示，控制部3具有将通道5A、5B和处置器具6与FF增益Ki+fθ+fR+fθ2或者θ3+fR2或者R3(其中，i＝1、2、3、4)对应起来的表。这里，fθ2或者θ3是各弯曲部152、153的弯曲角度θ2或者θ3的函数，fR2或者R3是各通道5A、5B在弯曲角度θ2或者θ3下的弯曲半径R2或者R3的函数。 [0158] 控制部3还通过将从弯曲部形状检测部242、243接收到的弯曲角度θ2、θ3和与该弯曲角度θ2、θ3对应的各通道5A、5B的弯曲半径R2、R3代入到FF增益的各函数fθ2或者θ3+fR2或者R3中来计算FF增益的值。 [0159] 本实施方式的机械手系统600的作用除了在FF增益的值的计算方面还使用插入有处置器具6的臂部142、143的弯曲部152、153的弯曲角度θ2、θ3和弯曲半径R2、R3之外与第3实施方式同样。 [0160] 根据本实施方式，具有如下优点：在采用软性部14的前端连接具有弯曲部152、153的臂部142、143并且通道5A、5B在2处弯曲的结构的情况下，通过根据双方的弯曲部 15、152或者15、153的弯曲角度和弯曲半径来设定FF增益，能够更准确地补偿处置器具6的动作的响应性的偏差。 [0161] 此外，在上述各实施方式及其变形例中，举例说明了机械手1和操作输入部2是分开的并且通过配置于远离机械手1的位置的操作输入部2远距离操作机械手1的结构，但机械手1和操作输入部2的方式不限于此，例如，也可以在机械手1的后端侧一体地配设操作输入部2。 [0162] 标号说明 [0163] 1：从机械手(机械手)；2：主输入部(操作输入部)；3：控制部(补偿值设定部)；4：从动臂；5：插入部；5A、5B：通道；6：处置器具；7：观察部件；8：显示部；9：主臂；10：插入部安装部；11A、11B：处置器具安装部；12：弯曲部驱动部；12a：电动机；13A、13B：处置器具驱动部；13a、13b：电动机；14：软性部；15、152、153：弯曲部；15a、15b：线(线材)；16、 20：安装单元；17：处置器具用端口；18：主体；19：处置部；22：使用通道检测部；23：处置器具识别部；24、242、243：弯曲部形状检测部；25：软性部形状检测部；26：体外部分形状检测部；80：手术台；100、200、300、400、500、600：机械手系统；142、143：臂部；Op：手术人员(操作者)。 |
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