特許 7603168 マニピュレータシステム、マニピュレータシステムの制御方法およびマニピュレータシステムの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-11

(45)【発行日】2024-12-19

(54)【発明の名称】マニピュレータシステム、マニピュレータシステムの制御方法およびマニピュレータシステムの制御装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/005 20060101AFI20241212BHJP

   A61B 34/00 20160101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

A61B1/005 523

A61B34/00

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2023542115

(86)(22)【出願日】2021-08-19

(86)【国際出願番号】 JP2021030310

(87)【国際公開番号】W WO2023021641

(87)【国際公開日】2023-02-23

【審査請求日】2024-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】304050923

【氏名又は名称】オリンパスメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(74)【代理人】

【識別番号】100142789

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100201466

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】小室 考広

(72)【発明者】

【氏名】岸 宏亮

【審査官】増渕 俊仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－３１６８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－２４１８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－３０４１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２５６０７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ １／００－１／３２

Ａ６１Ｂ ３４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マニピュレータと、
該マニピュレータが取り外し可能に接続され該マニピュレータを電動駆動する駆動装置と、
前記マニピュレータおよび前記駆動装置を制御する制御装置と、
前記駆動装置に設けられた第１センサと、
前記マニピュレータおよび前記駆動装置のいずれかに設けられた第２センサとを備え、
前記制御装置は、
前記駆動装置が電力に応じて正常に動作することを前記第１センサの出力に基づいて確認する第１ステップと、
前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを前記第２センサの出力に基づいて確認する第２ステップとを実行し、
前記第１ステップが、前記第１センサが正常であるか否かを確認することを含み、
前記第２ステップが、前記第１ステップにおいて正常であると確認された前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいて、該第２センサが正常であるか否かを確認することを含む、マニピュレータシステム。

【請求項2】

前記駆動装置が、前記電力によって駆動力を発生する動力発生部を備え、
前記第２ステップにおいて、前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを前記第２センサの出力が示し、かつ、前記第１センサの出力が前記駆動力に応じて変化する場合、前記第２センサが正常であると判断する、請求項１に記載のマニピュレータシステム。

【請求項3】

前記マニピュレータが、可動部と、該可動部に前記駆動力を伝達する駆動ワイヤとを備え、
前記動力発生部が、前記駆動力として回転力を発生するモータを備え、
前記第１センサが、前記モータのトルクを検出するトルクセンサであり、
前記第２センサが、前記駆動ワイヤと前記モータとの連結を検出するカップリングセンサである、請求項２に記載のマニピュレータシステム。

【請求項4】

前記マニピュレータは、前記駆動ワイヤの端部が巻き付けられ回転可能に支持されたプーリと、該プーリの基端に固定されたカップリング部とを有し、
前記駆動装置が、前記モータによって回転させられるシャフトと、該シャフトの先端に固定され前記カップリング部と嵌合可能な被カップリング部とを有し、
前記シャフトが該シャフトの回転軸に沿って進退可能に支持され、前記カップリング部が前記被カップリング部に嵌合することによって前記シャフトが前記回転軸に沿って変位し、
前記カップリングセンサが、前記シャフトの変位に基づいて前記カップリング部と前記被カップリング部との嵌合を検出する、請求項３に記載にマニピュレータシステム。

【請求項5】

前記第２ステップにおいて、
前記第１センサおよび前記第２センサの一方の出力から前記第１センサおよび前記第２センサの他方の出力の推定値を算出し、
前記第１センサおよび前記第２センサの前記他方の出力と、該他方の出力の前記推定値との差が所定の範囲内である場合、前記第２センサが正常であると判断する、請求項１に記載のマニピュレータシステム。

【請求項6】

前記マニピュレータが、可動部と、該可動部に駆動力を伝達する駆動ワイヤとを備え、
前記第１センサが、前記駆動装置に設けられたモータのトルクを検出するトルクセンサであり、
前記第２センサが、前記駆動ワイヤの張力を検出する張力センサである、請求項５に記載のマニピュレータシステム。

【請求項7】

前記制御装置は、さらに、
前記マニピュレータの可動部が前記駆動装置から伝達される駆動力に従って正常に動作することを第３センサの出力に基づいて確認する第３ステップを実行し、
該第３ステップが、前記第１ステップにおいて正常であると確認された前記第１センサの出力と前記第３センサの出力とに基づいて該第３センサが正常であるか否かを確認することを含む、請求項１から請求項６のいずれかに記載のマニピュレータシステム。

【請求項8】

前記第３ステップにおいて、
前記第１センサおよび前記第３センサの一方の出力から前記第１センサおよび前記第３センサの他方の出力の推定値を算出し、
前記第１センサおよび前記第３センサの前記他方の出力と、該他方の出力の推定値との差が所定の範囲内である場合、前記第３センサが正常であると判断する、請求項７に記載のマニピュレータシステム。

【請求項9】

前記マニピュレータが、可動部と、該可動部に前記駆動力を伝達する駆動ワイヤとを備え、
前記第１センサが、前記駆動装置に設けられたモータのトルクを検出するトルクセンサであり、
前記第３センサが、前記駆動ワイヤの張力を検出する張力センサである、請求項８に記載のマニピュレータシステム。

【請求項10】

マニピュレータシステムの制御方法であって、前記マニピュレータシステムが、マニピュレータと、該マニピュレータが取り外し可能に接続され該マニピュレータを電動駆動する駆動装置とを備え、
前記駆動装置が電力に応じて正常に動作することを第１センサの出力に基づいて確認する第１ステップと、
前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを第２センサの出力に基づいて確認する第２ステップとを含み、
前記第１ステップが、前記第１センサが正常であるか否かを確認することを含み、
前記第２ステップが、前記第１ステップにおいて正常であると確認された前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいて、該第２センサが正常であるか否かを確認することを含む、制御方法。

【請求項11】

前記駆動装置が、前記電力によって駆動力を発生する動力発生部を備え、
前記第２ステップにおいて、前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを前記第２センサの出力が示し、かつ、前記第１センサの出力が前記駆動力に応じて変化する場合、前記第２センサが正常であると判断する、請求項１０に記載の制御方法。

【請求項12】

前記第２ステップにおいて、
前記第１センサおよび前記第２センサの一方の出力から前記第１センサおよび前記第２センサの他方の出力の推定値を算出し、
前記第１センサおよび前記第２センサの前記他方の出力と、該他方の出力の前記推定値との差が所定の範囲内である場合、前記第２センサが正常であると判断する、請求項１０に記載の制御方法。

【請求項13】

前記マニピュレータの可動部が前記駆動装置から伝達される駆動力に従って正常に動作することを第３センサの出力に基づいて確認する第３ステップをさらに含み、
該第３ステップが、前記第１ステップにおいて正常であると確認された前記第１センサの出力と前記第３センサの出力とに基づいて該第３センサが正常であるか否かを確認することを含む、請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の制御方法。

【請求項14】

前記第３ステップにおいて、
前記第１センサおよび前記第３センサの一方の出力から前記第１センサおよび前記第３センサの他方の出力の推定値を算出し、
前記第１センサおよび前記第３センサの前記他方の出力と、該他方の出力の推定値との差が所定の範囲内である場合、前記第３センサが正常であると判断する、請求項１３に記載の制御方法。

【請求項15】

マニピュレータシステムの制御方法であって、前記マニピュレータシステムが、マニピュレータと、該マニピュレータが取り外し可能に接続され該マニピュレータを電動駆動する駆動装置とを備え、
前記駆動装置が電力に応じて正常に動作することを第１センサの出力に基づいて確認する第１ステップと、
前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを前記第１センサの出力に基づいて確認する第２ステップとを含み、
前記第２ステップが、前記第１センサの出力と第４センサの出力とに基づいて、前記第１センサが正常であるか否かを確認することを含む、制御方法。

【請求項16】

前記第１センサが、前記駆動装置に設けられたモータのトルクを検出するトルクセンサであり、
前記第４センサが、前記モータの電流を検出する電流センサである、請求項１５に記載の制御方法。

【請求項17】

前記駆動装置が、モータを有するワイヤ駆動部を備え、
前記マニピュレータが、可動部と、前記ワイヤ駆動部と着脱されるワイヤ着脱部と、該ワイヤ着脱部から前記可動部まで延びる複数の駆動ワイヤとを有し、
前記第２ステップが、前記ワイヤ着脱部が前記ワイヤ駆動部に接続されていることを第５センサの出力と第６センサの出力とに基づいて確認することを含む、請求項１０から請求項１６のいずれかに記載の制御方法。

【請求項18】

前記第５センサが、前記ワイヤ着脱部と前記ワイヤ駆動部との接続を検出する着脱センサであり、
前記第６センサが、前記複数の駆動ワイヤの拮抗状態を検出する拮抗センサである、請求項１７に記載の制御方法。

【請求項19】

マニピュレータシステムの制御装置であって、前記マニピュレータシステムが、マニピュレータと、該マニピュレータが取り外し可能に接続され該マニピュレータを電動駆動する駆動装置とを備え、
前記制御装置は、
前記駆動装置が電力に応じて正常に動作することを第１センサの出力に基づいて確認する第１ステップと、
前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを第２センサの出力に基づいて確認する第２ステップとを実行し、
前記第１ステップが、前記第１センサが正常であるか否かを確認することを含み、
前記第２ステップが、前記第１ステップにおいて正常であると確認された前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいて、該第２センサが正常であるか否かを確認することを含む、制御装置。

【請求項20】

前記駆動装置が、前記電力によって駆動力を発生する動力発生部を備え、
前記第２ステップにおいて、前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを前記第２センサの出力が示し、かつ、前記第１センサの出力が前記駆動力に応じて変化する場合、前記第２センサが正常であると判断する、請求項１９に記載の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マニピュレータシステム、マニピュレータシステムの制御方法およびマニピュレータシステムの制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、電動式の医療用装置には、医療用装置が正常に動作することを確認するためのセンサが搭載されている（例えば、特許文献１参照。）。医療用装置の正常な動作を担保するために、センサの二重化が一般に行われている。例えば、特許文献１に記載の電動外科用器具には、１つのモータに対して２組のモータ位置センサおよびプロセッサが搭載され、２つのモータ位置センサの少なくとも一方の値が正常でない場合、少なくとも一方のプロセッサがモータを停止させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１８５４３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のようなセンサの二重化は、センサの故障を検知する手段として一般に用いられる。一方、特許文献１において、エンドエフェクタを含むシャフトアセンブリが、モータを含むハウジングに着脱可能である。このような着脱式かつ電動式の医療用装置の場合、医療用装置の正常な動作を担保するために、着脱を検出するためのセンサ等、多くのセンサが搭載されている。したがって、センサの二重化は、装置のサイズおよびコストの顕著な増加を招く。

【0005】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、センサを二重化することなく装置の異常を検知することができるマニピュレータシステム、マニピュレータシステムの制御方法およびマニピュレータシステム制御装置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】

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、マニピュレータと、該マニピュレータが取り外し可能に接続され該マニピュレータを電動駆動する駆動装置と、前記マニピュレータおよび前記駆動装置を制御する制御装置と、前記駆動装置に設けられた第１センサと、前記マニピュレータおよび前記駆動装置のいずれかに設けられた第２センサとを備え、前記制御装置は、前記駆動装置が電力に応じて正常に動作することを第１センサの出力に基づいて確認する第１ステップと、前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを第２センサの出力に基づいて確認する第２ステップとを実行し、前記第１ステップが、前記第１センサが正常であるか否かを確認することを含み、前記第２ステップが、前記第１ステップにおいて正常であると確認された前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいて、該第２センサが正常であるか否かを確認することを含む、マニピュレータシステムである。

【0007】

本発明の他の態様は、マニピュレータシステムの制御方法であって、前記マニピュレータシステムが、マニピュレータと、該マニピュレータが取り外し可能に接続され該マニピュレータを電動駆動する駆動装置とを備え、前記駆動装置が電力に応じて正常に動作することを第１センサの出力に基づいて確認する第１ステップと、前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを第２センサの出力に基づいて確認する第２ステップとを含み、前記第１ステップが、前記第１センサが正常であるか否かを確認することを含み、前記第２ステップが、前記第１ステップにおいて正常であると確認された前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいて、該第２センサが正常であるか否かを確認することを含む、制御方法である。

【0008】

本発明の他の態様は、マニピュレータシステムの制御装置であって、前記マニピュレータシステムが、マニピュレータと、該マニピュレータが取り外し可能に接続され該マニピュレータを電動駆動する駆動装置とを備え、前記制御装置は、前記駆動装置が電力に応じて正常に動作することを第１センサの出力に基づいて確認する第１ステップと、前記マニピュレータが前記駆動装置に接続されていることを第２センサの出力に基づいて確認する第２ステップとを実行し、前記第１ステップが、前記第１センサが正常であるか否かを確認することを含み、前記第２ステップが、前記第１ステップにおいて正常であると確認された前記第１センサの出力と前記第２センサの出力とに基づいて、該第２センサが正常であるか否かを確認することを含む、制御装置である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、センサを二重化することなく装置の異常を検知することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係るマニピュレータシステムの全体構成図である。

【図2】マニピュレータと駆動装置との接続を説明する部分構成図である。

【図3A】ワイヤ着脱部およびワイヤ駆動部の構成図であり、ワイヤ着脱部がワイヤ駆動部から取り外されている状態を示す図である。

【図3B】ワイヤ着脱部およびワイヤ駆動部の構成図であり、ワイヤ着脱部がワイヤ駆動部に接続されている状態を示す図である。

【図4】ワイヤ着脱部がワイヤ駆動部に接続されている他の状態を示す図である。

【図5】マニピュレータシステムの制御装置のブロック図である。

【図6】マニピュレータシステムの起動時に制御装置が実行する制御方法のフローチャートである。

【図7】第１実施形態に係るマニピュレータの制御方法を示す表であり、各シーケンスにおいて実行されるステップと、各ステップにおいて使用されるセンサと、を説明する表である。

【図8A】湾曲ワイヤとモータとの連結を確認するステップのフローチャートである。

【図8B】カップリングセンサを検査するステップのフローチャートである。

【図8C】張力センサを検査するステップのフローチャートである。

【図9】張力センサによって検出される湾曲ワイヤの張力と、トルクセンサによって検出されるモータのトルクとの関係を説明する図である。

【図10】第２実施形態に係るマニピュレータの制御方法を示す表であり、各シーケンスにおいて実行されるステップと、各ステップにおいて使用されるセンサと、を説明する表である。

【図11】湾曲ワイヤとモータとの連結を確認するステップのフローチャートである。

【図12】第３実施形態に係るマニピュレータの制御方法を示す表であり、各シーケンスにおいて実行されるステップと、各ステップにおいて使用されるセンサと、を説明する表である。

【図13】トルクセンサによって検出されるモータのトルクと、電流センサによって検出されるモータの電流との関係を説明する図である。

【図14】湾曲ワイヤとモータとの連結を確認するステップのフローチャートである。

【図15】第４実施形態に係るマニピュレータの制御方法を示す表であり、各シーケンスにおいて実行されるステップと、各ステップにおいて使用されるセンサと、を説明する表である。

【図16】ワイヤ着脱部とワイヤ駆動部との接続を確認するステップのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るマニピュレータシステムの制御方法、マニピュレータシステムの制御装置およびマニピュレータシステムについて図面を参照して説明する。
図１に示されるように、本実施形態に係るマニピュレータシステム１００は、電動式のマニピュレータ１と、マニピュレータ１が取り外し可能に接続されマニピュレータ１を電動駆動する駆動装置２と、マニピュレータ１を駆動するための操作が術者によって入力される操作装置３と、マニピュレータ１および駆動装置２を制御する制御装置４と、映像プロセッサ５と、表示装置６とを備える。

【0012】

マニピュレータ１は、患者の体腔内に挿入される電動の軟性内視鏡、腹腔鏡（硬性内視鏡）、あるいは、先端にエンドエフェクタやアームを備えた医療用マニピュレータである。以降、マニピュレータ１として、電動の軟性内視鏡を例に説明する。マニピュレータ１が電動内視鏡の場合、処置具７が、延長チューブ８を経由してマニピュレータ１内に挿入される。マニピュレータ１によって取得された内視鏡映像は、映像プロセッサ５を経由して表示装置６に入力され、表示装置６に表示される。
操作装置３は、操作ケーブル３ａを経由して駆動装置２のアダプタ２ａと接続され、操作装置３に入力された操作入力は、操作装置３から駆動装置２に入力される。駆動装置２に内蔵された制御装置４は、操作入力に基づいて駆動装置２を制御することによって、操作入力に応じてマニピュレータ１を動作させる。

【0013】

図１および図２に示されるように、マニピュレータ１は、湾曲部（可動部）１２を有する挿入部１１と、挿入部１１の基端部に設けられ駆動装置２のアダプタ２ｂに接続される第１着脱部１３と、挿入部１１の基端部に設けられ映像プロセッサ５のアダプタ５ａに接続される第２着脱部１４と、第１着脱部１３から湾曲部１２まで延び駆動装置２の駆動力を湾曲部１２に伝達する複数の湾曲ワイヤ（駆動ワイヤ）１５とを備える。

【0014】

挿入部１１は、可撓性を有する長尺の部材であり、湾曲部１２は、挿入部１１の先端部に設けられている。複数の湾曲ワイヤ１５は、挿入部１１内に形成され挿入部１１の長手方向に延びる内部経路（図示略）に配置されている。

【0015】

湾曲部１２は、第１湾曲部（可動部）１２１と、第１湾曲部１２１の基端側に設けられた第２湾曲部（可動部）１２２とを有する。第１湾曲部１２１および第２湾曲部１２２の各々は、上、下、左および右に湾曲可能である。第１湾曲部１２１には、第１湾曲部１２１を上、下、左および右にそれぞれ湾曲させるための４本の湾曲ワイヤ１５が接続されている。第２湾曲部１２２には、第２湾曲部１２２を上、下、左および右にそれぞれ湾曲させるための４本の湾曲ワイヤ１５が接続されている。

【0016】

図２に示されるように、第１着脱部１３は、湾曲ワイヤ１５を駆動装置２に着脱する機構である４つのワイヤ着脱部１６を有する。各ワイヤ着脱部１６は、一対の湾曲ワイヤ１５の基端部に設けられ、一対の湾曲ワイヤ１５を駆動装置２に着脱する。例えば、４つのワイヤ着脱部１６は、第１湾曲部１２１の上下湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５、第１湾曲部１２１の左右湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５、第２湾曲部１２２の上下湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５、第２湾曲部１２２の左右湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５を、それぞれ駆動装置２に着脱する。

【0017】

駆動装置２は、電源（図示略）と接続され、電源から供給される電力によって作動する。駆動装置２は、湾曲ワイヤ１５を駆動する機構である４つのワイヤ駆動部２１を有する。第１着脱部１３のアダプタ２ｂへの接続によって、４つのワイヤ駆動部２１は、４つのワイヤ着脱部１６とそれぞれカップリングし、一対の湾曲ワイヤ１５をそれぞれ駆動することができる。例えば、４つのワイヤ駆動部２１は、第１湾曲部１２１の上下湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５、第１湾曲部１２１の左右湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５、第２湾曲部１２２の上下湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５、第２湾曲部１２２の左右湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５を、それぞれ駆動する。

【0018】

図３Ａおよび図３Ｂは、ワイヤ着脱部１６およびワイヤ駆動部２１の構成を示している。図３Ａは、相互に分離している状態のワイヤ着脱部１６およびワイヤ駆動部２１を示し、図３Ｂは、相互に接続されている状態のワイヤ着脱部１６およびワイヤ駆動部２１を示している。図３Ａおよび図３Ｂは、例えば、第１湾曲部１２１の上下湾曲用の一対の湾曲ワイヤ１５を含むワイヤ着脱部１６およびワイヤ駆動部２１を示している。他のワイヤ着脱部１６および他のワイヤ駆動部２１も、図３Ａおよび図３Ｂの構成を有する。
各ワイヤ着脱部１６は、一対の回転ドラム１７と、一対の回転ドラム１７を支持する支持部材１８と、一対の回転ドラム１７を相互に連結する連結機構１９とを有する。
支持部材１８は、ワイヤ着脱部１６がワイヤ駆動部２１とカップリングした状態において、ワイヤ駆動部２１に対して固定される部分である。

【0019】

各回転ドラム１７は、挿入部１１の長手方向Ａに延びる回転軸Ｂ回りに回転可能に支持部材１８に持されている。各回転ドラム１７は、回転軸Ｂと同軸に配置された巻取プーリ１７ａと、巻取プーリ１７ａに固定され回転軸Ｂと同軸に配置されたギア１７ｂとを有する。
各湾曲ワイヤ１５の基端部は、プーリ２０を経由して巻取プーリ１７ａへ導かれ、巻取プーリ１７ａに巻き付けられている。回転ドラム１７が回転軸Ｂ回りに回転することによって、湾曲ワイヤ１５は、牽引されまたは送り出される。ギア１７ｂは、巻取プーリ１７ａと一体的に回転する平歯車である。

【0020】

連結機構１９は、ワイヤ着脱部１６がワイヤ駆動部２１から分離した状態において、一対の回転ドラム１７の回転を制限し一対の湾曲ワイヤ１５が弛むことを防止するためのものである。連結機構１９は、円柱部材１９ａと、リンクギア１９ｂと、弾性部材１９ｃとを有する。

【0021】

円柱部材１９ａは、長手方向Ａに延びる回転軸Ｃ回りに回転可能かつ長手方向に進退可能に、支持部材１８に支持されている。回転軸Ｃは、回転ドラム１７の回転軸Ｂと平行である。円柱部材１９ａの基端部は、支持部材１８を貫通してワイヤ着脱部１６の外側に突出し、ワイヤ着脱部１６の基端側に露出している。
リンクギア１９ｂは、円柱部材１９ａに固定され回転軸Ｃと同軸に配置された平歯車である。
弾性部材１９ｃは、例えばバネであり、リンクギア１９ｂおよび円柱部材１９ａを基端側Ａ２へ付勢する。

【0022】

図３Ａに示されるように、ワイヤ着脱部１６がワイヤ駆動部２１から分離した状態において、弾性部材１９ｃによって付勢されたリンクギア１９ｂおよび円柱部材１９ａは、第１位置に配置される。第１位置のリンクギア１９ｂは、一対のギア１７ｂの間に配置され、一対のギア１７ｂの両方と噛み合う。その結果、一対の回転ドラム１７は、相互に連動して相互に逆方向に回転し、一対の湾曲ワイヤ１５は、一本のワイヤがループしているように連動して牽引または送出される（ループ状態）。ループ状態において、湾曲部１２が外力によって上または下に湾曲した場合、一対の湾曲ワイヤ１５は弛まず、回転ドラム１７の回転角度と湾曲部１２の湾曲角度との関係が維持される。

【0023】

一方、図３Ｂに示されるように、ワイヤ着脱部１６がワイヤ駆動部２１に接続された状態において、円柱部材１９ａは、弾性部材１９ｃの付勢力に抗して係合部材２６ａ（後述）によって先端側Ａ１へ押圧され、リンクギア１９ｂおよび円柱部材１９ａは第２位置に配置される。第２位置に配置されたリンクギア１９ｂは、一対のギア１７ｂに噛み合わない。その結果、一対の回転ドラム１７は連動して回転せず、一対の湾曲ワイヤ１５は相互に独立に牽引または送出される（拮抗状態）。

【0024】

また、各ワイヤ着脱部１６は、支持部材１８に設けられワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１との着脱を検知するためのドグ２２と、一対の回転ドラム１７の各々に設けられ湾曲ワイヤ１５をワイヤ駆動部２１のモータ２５（後述）に連結する機構であるカップリング部２３と、を有する。

【0025】

ドグ２２は、支持部材１８からワイヤ着脱部１６の外方に向かって突出しワイヤ着脱部１６の基端側に露出する部材であり、例えば、回転軸Ｂ，Ｃと平行に延びるピン状の部材である。図３Ｂに示されるように、ワイヤ着脱部１６がワイヤ駆動部２１に接続された状態において、ドグ２２は、支持部材２６を貫通してワイヤ駆動部２１の内部へ挿入される。
カップリング部２３は、巻取プーリ１７ａの基端に固定され回転軸Ｂと同軸に配置された円板部材であり、ワイヤ着脱部１６の基端側に露出している。カップリング部２３の基端側の面には、回転軸Ｂの両側に２個の嵌合凸部２３ａが形成されている。

【0026】

ワイヤ駆動部２１は、一対のシャフト２４と、一対のシャフト２４とそれぞれ接続された一対のモータ（動力発生部）２５と、一対のシャフト２４を回転可能に支持する支持部材２６と、を有する。
各シャフト２４は、回転軸Ｄ回りに回転可能かつ長手方向Ａに進退可能に支持部材２６に支持されている。回転軸Ｄは、シャフト２４の中心軸であり、着脱部１３が駆動装置２に接続された状態において回転ドラム１７の回転軸Ｂと一致する。

【0027】

各モータ２５は、例えば直流モータである。各モータ２５は、電源から供給される電力によって駆動力として回転力を発生し、対応するシャフト２４を回転軸Ｄ回りに回転させる。ワイヤ駆動部２１には、各モータ２５に対して、モータ２５の回転速度および回転角度を検出する２つのエンコーダ２９ａ，２９ｂが設けられている。第１エンコーダ２９ａは、モータ２５の基端に接続されている。第２エンコーダ２９ｂは、相互に噛み合う一対のギア３０ａ，３０ｂを経由してシャフト２４に接続されている。
支持部材２６には、連結機構１９による一対の回転ドラム１７の連結を解除するための係合部材２６ａが設けられている。係合部材２６ａは、ワイヤ駆動部２１の先端側に露出する円柱状の部材であり、円柱部材１９ａと対応する位置に設けられている。図３Ｂおよび図４に示されるように、ワイヤ着脱部１６がワイヤ駆動部２１に接続された状態において、係合部材２６ａは円柱部材１９ａを第２位置まで押圧する。

【0028】

また、ワイヤ駆動部２１は、一対のシャフト２４の各々に設けられモータ２５を回転ドラム１７に連結する機構である被カップリング部２７を有する。
被カップリング部２７は、シャフト２４の先端に固定され回転軸Ｄと同軸に配置された円板部材であり、シャフト２４と一体的に回転する。被カップリング部２７は、ワイヤ駆動部２１の先端側に露出している。被カップリング部２７の先端側の面には、回転軸Ｄの両側に２つの嵌合凹部２７ａが形成されている。
図３Ｂおよび図４に示されるように、嵌合凸部２３ａと嵌合凹部２７ａとが相互に嵌合することによってカップリング部２３と被カップリング部２７とが相互にカップリングし、それにより、モータ２５は、回転ドラム１７を経由して湾曲ワイヤ１５と連結される。この状態において、回転ドラム１７、カップリング部２３、被カップリング部２７およびシャフト２４は、回転軸Ｃ，Ｄ回りに一体的に回転可能である。したがって、モータ２５が発生する回転力（駆動力）が回転ドラム１７を経由して長手方向Ａの力として湾曲ワイヤ１５に伝達される。

【0029】

マニピュレータシステム１００は、張力センサ３１、トルクセンサ３２、着脱センサ３３、カップリングセンサ３４、電流センサ３５および拮抗センサ３６をさらに備える。
張力センサ３１および拮抗センサ３６は、４つのワイヤ着脱部１６の各々に設けられ、トルクセンサ３２、着脱センサ３３、カップリングセンサ３４および電流センサ３５は、４つのワイヤ駆動部２１の各々に設けられる。各センサ３１，３２，３３，３４，３５，３６は制御装置４と接続され、各センサ３１，３２，３３，３４，３５，３６の出力は制御装置４に逐次送信される。

【0030】

張力センサ３１は、各湾曲ワイヤ１５に対して設けられ、湾曲ワイヤ１５の張力を検出する。
トルクセンサ３２は、各モータ２５に対して設けられ、モータ２５のトルクを検出する。例えば、トルクセンサ３２は、シャフト２４に取り付けられ、回転軸Ｄ回りのトルクをモータ２５のトルクとして検出する。

【0031】

着脱センサ３３は、ワイヤ着脱部１６のワイヤ駆動部２１への着脱を検出する。ワイヤ着脱部１６がワイヤ駆動部２１に接続されているとき、着脱センサ３３は、支持部材２６を貫通してワイヤ駆動部２１の内部へ挿入されたドグ２２と係合する。着脱センサ３３は、例えばドグ２２との接触または近接を検出する光学式センサを有し、光学式センサによってドグ２２との係合を検出する。ドグ２２が着脱センサ３３に係合しているとき、着脱センサ３３の出力はＯＮであり、ドグ２２が着脱センサ３３に係合していないとき、着脱センサ３３の出力はＯＦＦである。
着脱センサ３３は二重化されている。すなわち、各ワイヤ着脱部１６には２つのドグ２２が設けられ、各ワイヤ駆動部２１には２つの着脱センサ３３が設けられている。図３Ａから図４には、ドグ２２および着脱センサ３３が１組のみ図示されている。

【0032】

カップリングセンサ３４は、各モータ２５に対して設けられている。カップリングセンサ３４は、シャフト２４の変位に基づいてカップリング部２３と被カップリング部２７との嵌合を検出することによって、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と連結されていることを検出する。カップリング部２３と被カップリング部２７とが嵌合しているとき、カップリングセンサ３４の出力はＯＮであり、カップリング部２３と被カップリング部２７とが嵌合していないとき、カップリングセンサ３４の出力はＯＦＦである。

【0033】

図３Ｂに示されるように、被カップリング部２７は、カップリング部２３によって押圧されることによって、シャフト２４と一緒に基端側Ａ２に移動する。カップリングセンサ３４は、例えばシャフト２４に設けられたドグ２４ａの近接を検出する光学式センサを有し、ドグ２４ａの近接に基づいてカップリング部２３と被カップリング部２７との嵌合を検出する。

【0034】

被カップリング部２７は、被カップリング部２７と支持部材２６との間に配置された圧縮バネのような弾性部材２８によって、先端側Ａ１に付勢されている。図３Ａに示されるように、ワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１が分離した状態において、被カップリング部２７は、弾性部材２８の付勢力によって、シャフト２４と一緒に先端側Ａ１に移動し、ドグ２４ａは、カップリングセンサ３４から離れた位置に配置される。この状態において、カップリングセンサ３４は、カップリング部２３と被カップリング部２７との嵌合を検出しない。

【0035】

図４は、ワイヤ着脱部１６のワイヤ駆動部２１への接続が着脱センサ３３によって検出されているが、嵌合凸部２３ａと嵌合凹部２７ａとの間の位置ずれによってカップリング部２３と被カップリング部２７とが嵌合していない状態を示している。この状態において、カップリングセンサ３４は、カップリング部２３と被カップリング部２７との嵌合を検出しない。
この場合、制御装置４は、モータ２５を回転させることによって被カップリング部２７を回転させる。嵌合凹部２７ａの位置が嵌合凸部２３ａの位置と一致したとき、嵌合凹部２７ａが嵌合凸部２３ａと嵌合し被カップリング部２７が弾性部材２８の付勢力によって先端側Ａ１に移動し、カップリング部２３と被カップリング部２７との嵌合がカップリングセンサ３４によって検出される。

【0036】

電流センサ３５は、各モータ２５に対して設けられ、モータ２５に流れる電流を検出する。
拮抗センサ３６は、各ワイヤ着脱部１６に設けられ、一対の湾曲ワイヤ１５の拮抗状態を検出する。拮抗センサ３６の詳細については第４実施形態において説明する。

【0037】

制御装置４は、駆動装置２に内蔵されプログラムを実行可能なコンピュータである。制御装置４は、駆動装置２の外部に配置され駆動装置２と接続されたコンピュータであってもよい。図５に示されるように、制御装置４は、少なくとも１つのプロセッサ４ａと、メモリ４ｂと、プログラムおよびデータを記憶可能な記憶部４ｃと、入出力制御部４ｄとを備える。

【0038】

記憶部４ｃは、プログラムおよび必要なデータを記憶する不揮発性の記録媒体であり、例えばＲＯＭまたはハードディスク等である。制御装置４の後述の機能は、記憶部４ｃに記憶されたプログラムがメモリ４ｂに読み込まれプロセッサ４ａによって実行されることにより、実現される。制御装置４の少なくとも一部の機能は、専用の論理回路によって実現されていてもよい。

【0039】

次に、制御装置４が実行するマニピュレータシステム１００の制御方法について説明する。
本実施形態に係る制御方法は、マニピュレータシステム１００の起動時、マニピュレータ１、駆動装置２および制御装置４が正常に動作するか否かを確認するために実行される。図６に示されるように、制御方法は、駆動装置起動シーケンス（第１ステップ）Ｓ１と、マニピュレータ接続シーケンス（第２ステップ）Ｓ２と、湾曲部初期化シーケンス（第３ステップ）Ｓ３と、湾曲部キャリブレーションシーケンスＳ４とを含む。
湾曲部キャリブレーションシーケンスＳ４の後、制御装置４は、操作装置３からの操作入力を受け付け、操作入力に基づいて駆動装置２を制御する。

【0040】

図７は、各シーケンスＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４において実行されるステップと、各ステップにおいて使用されるセンサ３１，３２，３３，３４と、を示している。
駆動装置起動シーケンスＳ１は、駆動装置２を立ち上げ駆動装置２が正常に動作することをエンコーダ２９ａ，２９ｂおよびトルクセンサ（第１センサ）３２の出力に基づいて確認するシーケンスである。駆動装置起動シーケンスＳ１は、制御装置４を含む駆動装置２を立ち上げるステップＳ１１と、駆動装置２の自己診断を行うステップＳ１２とを含む。

【0041】

ステップＳ１１の後、ステップＳ１２において、制御装置４は、電力が供給されているプロセッサ４ａ、モータ２５およびエンコーダ２９ａ，２９ｂが正常に作動するか否かを確認する検査を行う。
モータ２５の検査において、制御装置４は、モータ２５を駆動し、２つのエンコーダ２９ａ，２９ｂの出力であるモータ２５の回転角度を確認する。モータ２５および２つのエンコーダ２９ａ，２９ｂの全てが正常である場合、２のエンコーダ２９ａ，２９ｂの出力は相互に同一である。モータ２５が故障している場合、２つのエンコーダ２９ａ，２９ｂの両方から出力が無い。エンコーダ２９ａ，２９ｂの一方が故障している場合、故障している一方のエンコーダのみの出力が無い、もしくは２つのエンコーダ２９ａ，２９ｂの出力が一致しない。制御装置４は、２つのエンコーダ２９ａ，２９ｂの出力に基づき、モータ２５および２つのエンコーダ２９ａ，２９ｂが正常であるか否かを確認する。

【0042】

また、ステップＳ１２において、制御装置４は、トルクセンサ３２の出力とエンコーダ２９ａ，２９ｂの出力とに基づいて、トルクセンサ３２が正常であるか否かを確認する検査を行う。
トルクセンサ３２が正常である場合、モータ２５の回転に伴ってトルクセンサ３２の出力であるトルクは増大する。制御装置４は、モータ２５を回転させ、エンコーダ２９ａ，２９ｂによってモータ２５の回転が検出されたことを確認し、続いて、トルクセンサ３２の出力を確認する。そして、トルクセンサ３２の出力が所定値以上である場合、トルクセンサ３２が正常であると判断する。一方、エンコーダ２９ａ，２９ｂによってモータ２５の回転が検出されているにも関わらずトルクセンサ３２の出力が所定値未満である場合、制御装置４は、トルクセンサ３２が異常であると判断する。

【0043】

モータ２５の回転トルクは、モータ２５を流れる電流からも検出することができる。したがって、ステップＳ１２において、制御装置４は、トルクセンサ３２の出力と電流センサ３５の出力とに基づいて、トルクセンサ３２が正常であるか否かを確認してもよい。

【0044】

プロセッサ４ａ、モータ２５、エンコーダ２９ａ，２９ｂおよびトルクセンサ３２の全てが正常であることが確認された場合、制御装置４は、続いてマニピュレータ接続シーケンスＳ２を実行する。プロセッサ４ａ、モータ２５、エンコーダ２９ａ，２９ｂおよびトルクセンサ３２の少なくとも１つの異常が検出された場合、制御装置４は、エラー状態に移行し、制御方法を終了する。

【0045】

マニピュレータ接続シーケンスＳ２は、マニピュレータ１が駆動装置２に接続されていることを、着脱センサ３３およびカップリングセンサ（第２センサ）３４の出力に基づいて確認するシーケンスである。マニピュレータ接続シーケンスＳ２は、マニピュレータ１のワイヤ着脱部１６が駆動装置２のワイヤ駆動部２１に接続されていることを確認するステップＳ２１と、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と連結していることを確認するステップＳ２２と、カップリングセンサ３４を検査するステップＳ２３と、モータ２５から湾曲ワイヤ１５へ駆動力が伝達されることを確認するステップＳ２４と、を含む。

【0046】

ステップＳ２１において、制御装置４は、二重化された着脱センサ３３の出力に基づき、ワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１との接続を確認する。具体的には、２つの着脱センサ３３の両方の出力がＯＮである場合、制御装置４は、ワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１とが接続されていると判断し、次のステップＳ２２に進む。一方、２つの着脱センサ３３の少なくとも一方の出力がＯＦＦである場合、制御装置４は、着脱部１３とワイヤ駆動部２１とが接続されていないと判断する。

【0047】

ステップＳ２２において、制御装置４は、カップリングセンサ３４およびトルクセンサ３２の出力に基づき、モータ２５が、相互にカップリングするカップリング部２３および被カップリング部２７を経由して湾曲ワイヤ１５と連結していることを確認する。
具体的には、図８Ａに示されるように、制御装置４は、モータ２５を回転させる（ステップＳ２２１）。モータ２５の回転によって被カップリング部２７が回転し、嵌合凹部２７ａが嵌合凸部２３ａと一致したときに被カップリング部２７がカップリング部２３とカップリングし、カップリングセンサ３４の出力がＯＮになる（ステップＳ２２２のＹＥＳ）。

【0048】

カップリングセンサ３４の出力がＯＮであることを確認した後（ステップＳ２２２のＹＥＳ）、制御装置４は、続いてトルクセンサ３２の出力を確認する（ステップＳ２２３）。相互にカップリングするカップリング部２３および被カップリング部２７を経由してモータ２５が湾曲ワイヤ１５と連結した状態において、モータ２５のトルクは、モータ２５の負荷の増大に起因して増大する。トルクセンサ３２の出力が所定値以上である場合（ステップＳ２２３のＹＥＳ）、制御装置４は、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と正常に連結していると判断し、モータ２５を停止させる（ステップＳ２２４）。一方、トルクセンサ３２の出力が所定値未満である場合（ステップＳ２２３のＮＯ）、制御装置４は、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と正常に連結していないと判断し、モータ２５を停止させ（ステップＳ２２５）、エラー状態に移行する（ステップＳ２２６）。

【0049】

ステップＳ２２３において、制御装置４は、トルクセンサ３２の出力であるトルクの検出値に代えて、モータ２５の回転の前後におけるトルクセンサ３２の出力の差を確認してもよい。この場合、差が所定値以上である場合に、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と正常に連結していると判断され、差が所定値未満である場合に、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と正常に連結していないと判断される。

【0050】

ステップＳ２２と並行して、制御装置４はステップＳ２３を実行する。ステップＳ２３において、制御装置４は、カップリングセンサ３４の出力と、シーケンスＳ１において正常が確認されたトルクセンサの出力とに基づき、カップリングセンサ３４が正常であるか否かを確認する。

【0051】

具体的には、図８Ｂに示されるように、制御装置４は、モータ２５を回転させ（ステップＳ２３１）、トルクセンサ３２の出力が所定値以上まで増加した後（ステップＳ２３２のＹＥＳ）、カップリングセンサ３４の出力を確認する（ステップＳ２３３）。カップリングセンサ３４の出力がＯＮである場合（ステップＳ２３３のＹＥＳ）、制御装置４は、カップリングセンサ３４が正常であると判断する（ステップＳ２３４）。一方、カップリングセンサ３４がＯＦＦである場合、制御装置４は、カップリングセンサ３４が異常であると判断する（ステップＳ２３５）。

【0052】

次に、ステップＳ２４において、制御装置４は、トルクセンサ３２の出力に基づいて、駆動装置２内の動力伝達機構を検査する。動力伝達機構は、モータ２５から被カップリング部２７へ駆動力を伝達する機構であり、駆動力の伝達経路上の回転シャフト２４等の部材を有する。制御装置４は、モータ２５を回転させ、トルクセンサ３２の出力を確認する。動力伝達機構が正常である場合、トルクセンサ３２の出力は、モータ２５の回転に応じて変化する。モータ２５の回転に応答してトルクセンサ３２の出力が変化する場合、制御装置４は、動力伝達機構が正常であると判断する。一方、モータ２５の回転に応答してトルクセンサ３２の出力が変化しない場合、制御装置４は、動力伝達機構が異常であると判断する。

【0053】

ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４において何も異常が確認されなかった場合、制御装置４は、続いて湾曲部初期化シーケンスＳ３を実行する。ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４のいずれかにおいて異常が確認された場合、制御装置４は、エラー状態に移行し、制御方法を終了する。

【0054】

湾曲部初期化シーケンスＳ３は、モータ２５の駆動力に従ってマニピュレータ１の湾曲部１２が正常に動作することを張力センサ（第３センサ）３１の出力に基づいて確認し、湾曲部１２をキャリブレーション前の初期状態にするシーケンスである。湾曲部初期化シーケンスＳ３は、湾曲部１２の湾曲角度を初期化するステップＳ３１と、湾曲ワイヤ１５に初期張力を付加するステップＳ３２と、張力センサ３１を検査するステップＳ３２と、マニピュレータ１内の動力伝達機構を検査するステップＳ３４と、を含む。

【0055】

ステップＳ３１において、制御装置４は、張力センサ３１の出力に基づき、湾曲部１２を真っ直ぐにする。例えば、制御装置４は、張力センサ３１の出力を監視しながら、第１湾曲部１２１用の４つのモータ２５を回転させ、第１湾曲部１２１用の４本の湾曲ワイヤ１５の張力を相互に等しくする。また、制御装置４は、張力センサ３１の出力を監視しながら第２湾曲部１２２用の４つのモータ２５を回転させ、第２湾曲部１２２用の４本の湾曲ワイヤ１５の張力を相互に等しくする。

【0056】

次に、ステップＳ３２において、制御装置４は、張力センサ３１の出力に基づき、８本の湾曲ワイヤ１５の各々に所定の初期張力を付加する。例えば、制御装置４は、張力センサ３１の出力を監視しながらモータ２５を回転させ、張力センサ３１によって検出される張力が所定の初期張力になる回転角度でモータ２５を停止させることによって、湾曲ワイヤ１５に初期張力を付加する。

【0057】

次に、ステップＳ３３において、制御装置４は、張力センサ３１の出力と、シーケンスＳ１において正常が確認されたトルクセンサ３２の出力とに基づき、張力センサ３１が正常であるか否かを確認する。
図９は、張力センサ３１の出力とトルクセンサ３２の出力との関係を説明している。図９に示されるように、張力センサ３１が正常である場合、トルクセンサ３２の出力であるトルクと張力センサ３１の出力である張力との間には所定の相関関係が存在し、トルクが増大するにつれて張力も増大する。したがって、トルクセンサ３２の出力から張力センサ３１の出力を推定することができる。

【0058】

図８Ｃに示されるように、制御装置４は、モータ２５を回転させ（ステップＳ３３１）、その後、トルクセンサ３２の出力であるモータ２５のトルクから、湾曲ワイヤ１５の張力の推定値を算出する（ステップＳ３３２）。次に、制御装置４は、張力センサ３１の出力である張力の検出値と、張力の推定値との差を算出する。差の大きさが所定値以下である場合（ステップＳ３３３のＹＥＳ）、制御装置４は、張力センサ３１が正常であると判断し、次のステップＳ３４に進む。モータ２５を回転させている間、制御装置４は、ステップＳ３３１～Ｓ３３３を繰り返すことによって、張力センサ３１の検査を常に実行する。
一方、差が所定値よりも大きい場合（ステップＳ３３３のＮＯ）、制御装置４は、張力センサ３１が異常であると判断し、モータ２５を停止させ（ステップＳ３３４）、エラー状態に移行する（ステップＳ３３５）。

【0059】

ステップＳ３３１，Ｓ３３２において、制御装置４は、張力センサ３１の出力である湾曲ワイヤ１５の張力の検出値からモータ２５のトルクの推定値を算出し、トルクセンサ３２の出力であるトルクの検出値と、トルクの推定値との差を算出してもよい。

【0060】

ステップＳ３４において、制御装置４は、張力センサ３１の出力に基づいて、マニピュレータ１内の動力伝達機構を検査する。動力伝達機構は、カップリング部２３から湾曲部１２へ駆動力を伝達する機構であり、駆動力の伝達経路上のカップリング部２３、回転ドラム１７および湾曲ワイヤ１５等の部材を有する。制御装置４は、モータ２５を回転させ、張力センサ３１の出力を確認する。動力伝達機構が正常である場合、張力センサ３１の出力は、モータ２５の回転に応じて変化する。モータ２５の回転に応答して張力センサ３１の出力が変化する場合、制御装置４は、動力伝達機構が正常であると判断する。一方、モータ２５の回転に応答して張力センサ３１の出力が変化しない場合、制御装置４は、動力伝達機構が異常であると判断する。

【0061】

ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４において何も異常が確認されなかった場合、制御装置４は、続いて湾曲部キャリブレーションシーケンスＳ４を実行する。ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３，Ｓ３４のいずれかにおいて異常が確認された場合、制御装置４は、エラー状態に移行し、制御方法を終了する。

【0062】

湾曲部キャリブレーションシーケンスＳ４は、モータ２５の回転量と湾曲部１２の湾曲角度との関係を較正するシーケンスである。モータ２５の回転によって湾曲部１２の湾曲角度を正確に制御するためには、モータ２５の回転量と湾曲部１２の湾曲角度は所定の関係にある必要が有るが、何らかの理由によりモータ２５の回転量と湾曲部１２の湾曲角度との関係が変化することがある。シーケンスＳ４において、制御装置４は、モータ２５を回転させ、エンコーダ２９ａ，２９ｂによって検出されるモータ２５の回転角度と内視鏡映像から取得される湾曲部１２の湾曲角度とに基づき、モータ２５の回転量と湾曲部１２の湾曲角度との関係を調整する。
シーケンスＳ４の終了後、マニピュレータシステム１００は、操作装置３による操作が可能な状態になる。

【0063】

マニピュレータ１を駆動装置２に接続する際、看護師等の作業者が挿入部１１および着脱部１３，１４を手に持って移動し接続作業を行う。したがって、マニピュレータ１の準備を作業者が一人で容易に行うことができるようにするためには、挿入部１１および着脱部１３，１４の軽量化および小型化が重要である。駆動装置２も、ユーザが場所を選ばずに設置することができるように、小型であることが望まれる。

【0064】

また、電動式かつ着脱式のマニピュレータ１を有するマニピュレータシステム１００には、多数のセンサが搭載される。例えば、２段の湾曲部１２１，１２２を有するマニピュレータ１の場合、８本の湾曲ワイヤ１５の各々に対応して張力センサ３１、トルクセンサ３２およびカップリングセンサ３４が搭載される。これらのセンサ３１，３２，３４は高価であるので、マニピュレータシステム１００の製品コストを下げるためにはセンサの数を減らすことが重要である。

【0065】

本実施形態によれば、ステップＳ２３のカップリングセンサ３４の検査において、カップリングセンサ３４の出力とトルクセンサ３２の出力とに基づいてカップリングセンサ３４が正常であるか否かが確認される。トルクセンサ３２およびカップリングセンサ３４の両方が正常である場合、トルクセンサ３２の出力とカップリングセンサ３４の出力とは相互に相関する。したがって、カップリングセンサ３４と、正常であることが確認済みのトルクセンサ３２とを組み合わせることによって、カップリングセンサ３４を二重化することなくカップリングセンサ３４の異常を検知することができ、駆動装置２に搭載されるカップリングセンサ３４の数を減らすことができる。
また、ステップＳ２２のカップリングの確認において、カップリングセンサ３４の出力およびトルクセンサ３２の出力に基づき、湾曲ワイヤ１５とモータ２５との連結を二重に確認することができる。

【0066】

また、本実施形態によれば、ステップＳ３３の張力センサ３１の検査において、張力センサ３１の出力とトルクセンサ３２の出力とに基づいて張力センサ３１が正常であるか否かが確認される。トルクセンサ３２および張力センサ３１の両方が正常である場合、トルクセンサ３２の出力と張力センサ３１の出力とは相互に相関する。したがって、張力センサ３１と、正常であることが確認済みのトルクセンサ３２とを組み合わせることによって、張力センサ３１を二重化することなく張力センサ３１の異常を検知することができ、マニピュレータ１に搭載される張力センサ３１の数を減らすことができる。これにより、着脱部１３の小型化および軽量化を図ることができる。

【0067】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るマニピュレータシステムの制御方法、マニピュレータシステムの制御装置およびマニピュレータシステムについて図面を参照して説明する。
本実施形態において、第１実施形態と異なる構成について説明し、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第１実施形態と同様に、本実施形態に係るマニピュレータシステム１００は、マニピュレータ１、駆動装置２、制御装置４、操作装置３、映像プロセッサ５、および表示装置６を備える。

【0068】

図１０は、本実施形態の制御方法の各シーケンスＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４において実行されるステップと、各ステップにおいて使用されるセンサ３１，３２，３３，３４と、を示している。図１０に示されるように、本実施形態の制御方法は、マニピュレータ接続シーケンスＳ２において、第１実施形態と相違する。
本実施形態のマニピュレータ接続シーケンスＳ２は、ステップＳ２１と、張力センサ３１を検査するステップＳ２５と、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と連結していることを確認するステップＳ２２’と、ステップＳ２４と、を含む。

【0069】

ステップＳ２５において、制御装置４は、張力センサ３１の出力と、シーケンスＳ１において正常が確認されたトルクセンサ３２の出力とに基づき、張力センサ３１が正常であるか否かを確認する。具体的には、第１実施形態のステップＳ３３と同様に、制御装置４は、モータ２５を回転させ、モータ２５のトルクから湾曲ワイヤ１５の張力の推定値を算出し、張力の検出値と張力の推定値との差を算出する。そして、差が所定値以下である場合、制御装置４は、張力センサ３１が正常であると判断し、次のステップＳ２２’に進む。一方、差の大きさが所定値よりも大きい場合、制御装置４は、張力センサ３１が異常であると判断し、モータ２５を停止させ、エラー状態に移行する。

【0070】

ステップＳ２５において、制御装置４は、張力センサ３１の出力である湾曲ワイヤ１５の張力の検出値からモータ２５のトルクの推定値を算出し、トルクセンサ３２の出力であるトルクの検出値と、トルクの推定値との差を算出してもよい。

【0071】

ステップＳ２２’において、制御装置４は、張力センサ３１およびトルクセンサ３２の出力に基づき、モータ２５が、相互にカップリングするカップリング部２３および被カップリング部２７を経由して湾曲ワイヤ１５と連結していることを確認する。
具体的には、図１１に示されるように、制御装置４は、モータ２５を回転させる（ステップＳ２２１）。モータ２５の回転によって被カップリング部２７が回転し、嵌合凹部２７ａが嵌合凸部２３ａと一致したときに被カップリング部２７がカップリング部２３とカップリングし、湾曲ワイヤ１５の張力が増大する。

【0072】

湾曲ワイヤ１５の張力が所定値以上まで増大したことを確認した後（ステップＳ２２７のＹＥＳ）、制御装置４は、続いてトルクセンサ３２の出力を確認する。モータ２５が湾曲ワイヤ１５と連結した状態において、モータ２５のトルクは湾曲ワイヤ１５の張力に起因して増大する。トルクセンサ３２の出力が所定値以上である場合（ステップＳ２２３のＹＥＳ）、制御装置４は、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と正常に連結していると判断し、モータ２５を停止させる（ステップＳ２２４）。一方、トルクセンサ３２の出力が所定値未満である場合（ステップＳ２２３のＮＯ）、制御装置４は、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と正常に連結していないと判断し、モータ２５を停止させ（ステップＳ２２５）、エラー状態に移行する（ステップＳ２２６）。

【0073】

このように、本実施形態によれば、ステップＳ２５の張力センサ３１の検査において、張力センサ３１の出力とトルクセンサ３２の出力とに基づいて、張力センサ３１が正常であるか否かが確認される。このように、張力センサ３１と、正常であることが確認済みのトルクセンサ３２とを組み合わせることによって、張力センサ３１を二重化することなく張力センサ３１の異常を検知することができ、マニピュレータ１に搭載される張力センサ３１の数を減らすことができる。
また、本実施形態によれば、ステップＳ２２’において、張力センサ３１の出力およびトルクセンサ３２の出力に基づき、湾曲ワイヤ１５とモータ２５との連結が二重に確認される。これにより、カップリングセンサ３４を省略することができ、第１実施形態と比較して、駆動装置２に搭載されるセンサの数をさらに減らすことができる。

【0074】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るマニピュレータシステムの制御方法、マニピュレータシステムの制御装置およびマニピュレータシステムについて図面を参照して説明する。
本実施形態において、第１実施形態と異なる構成について説明し、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第１実施形態と同様に、本実施形態に係るマニピュレータシステム１００は、マニピュレータ１、駆動装置２、制御装置４、操作装置３、映像プロセッサ５、および表示装置６を備える。

【0075】

図１２は、本実施形態の制御方法の各シーケンスＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４において実行されるステップと、各ステップにおいて使用されるセンサ３１，３２，３３，３４，３５と、を示している。図１２に示されるように、本実施形態の制御方法は、マニピュレータ接続シーケンスＳ２および湾曲部初期化シーケンスＳ３において、第１実施形態と相違する。
本実施形態のマニピュレータ接続シーケンスＳ２は、ステップＳ２１と、トルクセンサ３２を検査するステップＳ２６と、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と連結していることを確認するステップＳ２２”と、ステップＳ２４と、を含む。

【0076】

ステップＳ２６において、制御装置４は、トルクセンサ３２の出力と電流センサ（第４センサ）３５の出力とに基づき、トルクセンサ３２が正常であるか否かを確認する。
図１３は、トルクセンサ３２の出力と電流センサの出力との関係を説明している。図１３に示されるように、トルクセンサ３２が正常である場合、トルクセンサ３２の出力であるトルクの大きさと電流センサ３５の出力であるモータ２５の電流の大きさとの間には所定の相関関係が存在し、電流が増大するにつれてトルクも増大する。したがって、電流センサ３５の出力からトルクセンサ３２の出力を推定することができる。

【0077】

例えば、制御装置４は、モータ２５を回転させ、電流センサ３５によって検出されたモータ２５の電流からモータ２５のトルクの推定値を算出する。次に、制御装置４は、トルクセンサ３２の出力であるトルクの検出値と、トルクの推定値との差を算出する。差の大きさが所定値以下である場合、制御装置４は、トルクセンサ３２が正常であると判断し、差の大きさが所定値よりも大きい場合、制御装置４は、トルクセンサ３２が異常であると判断する。

【0078】

次に、ステップＳ２２”において、制御装置４は、トルクセンサ３２の出力および電流センサ３５の出力に基づき、モータ２５が、相互にカップリングするカップリング部２３および被カップリング部２７を経由して湾曲ワイヤ１５と連結していることを確認する。
具体的には、図１４に示されるように、制御装置４は、モータ２５を回転させる（ステップＳ２２１）。モータ２５の回転によって被カップリング部２７が回転し、嵌合凹部２７ａが嵌合凸部２３ａと一致したときに被カップリング部２７がカップリング部２３とカップリングし、モータ２５のトルクが増大する。

【0079】

モータ２５のトルクが所定値以上まで増大したことを確認した後（ステップＳ２２８のＹＥＳ）、制御装置４は、続いて電流センサ３５の出力を確認する。モータ２５が湾曲ワイヤ１５と連結した状態において、モータ２５の電流はモータ２５の負荷の増大に起因して増大する。電流センサ３５の出力が所定値以上である場合（ステップＳ２２９のＹＥＳ）、制御装置４は、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と正常に連結していると判断し、モータ２５を停止させる（ステップＳ２２４）。一方、電流センサ３５の出力が所定値未満である場合（ステップＳ２２９のＮＯ）、制御装置４は、モータ２５が湾曲ワイヤ１５と正常に連結していないと判断し、モータ２５を停止させ（ステップＳ２２５）、エラー状態に移行する（ステップＳ２２６）。

【0080】

本実施形態の湾曲部初期化シーケンスＳ３は、ステップＳ３１と、ステップＳ３２と、トルクセンサ３２を検査するステップＳ３５と、マニピュレータ１内の動力伝達機構を検査するステップＳ３４と、を含む。
ステップＳ３５において、制御装置４は、ステップＳ２６と同様に、トルクセンサ３２の出力と電流センサ３５の出力とに基づき、トルクセンサ３２が正常であるか否かを確認する。

【0081】

このように、本実施形態によれば、ステップＳ２６のトルクセンサ３２の検査において、トルクセンサ３２の出力と電流センサ３５の出力とに基づいてトルクセンサ３２が正常であるか否かが確認される。トルクセンサ３２の出力と電流センサ３５の出力とは相互に相関する。したがって、トルクセンサ３２と電流センサ３５とを組み合わせることによって、トルクセンサ３２を二重化することなくトルクセンサ３２の異常を検知することができる。
また、ステップＳ２２”において、トルクセンサ３２の出力および電流センサ３５の出力に基づき、湾曲ワイヤ１５とモータ２５との連結が二重に確認される。これにより、カップリングセンサ３４を省略することができ、第１実施形態と比較して、駆動装置２に搭載されるセンサの数をさらに減らすことができる。

【0082】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るマニピュレータシステムの制御方法、マニピュレータシステムの制御装置およびマニピュレータシステムについて図面を参照して説明する。
本実施形態において、第１実施形態と異なる構成について説明し、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第１実施形態と同様に、本実施形態に係るマニピュレータシステム１００は、マニピュレータ１、駆動装置２、制御装置４、操作装置３、映像プロセッサ５、および表示装置６を備える。

【0083】

図１５は、本実施形態の制御方法の各シーケンスＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４において実行されるステップと、各ステップにおいて使用されるセンサ３１，３２，３３，３４，３６と、を示している。図１５に示されるように、本実施形態の制御方法は、マニピュレータ接続シーケンスＳ２において、第１実施形態と相違する。
本実施形態のマニピュレータ接続シーケンスＳ２は、マニピュレータ１のワイヤ着脱部１６が駆動装置２のワイヤ駆動部２１に接続されていることを確認するステップＳ２１’と、ステップＳ２２と、ステップＳ２３と、ステップＳ２４と、を含む。

【0084】

ステップＳ２１’において、制御装置４は、着脱センサ（第５センサ）３３の出力と拮抗センサ（第６センサ）３６の出力とに基づき、ワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１との接続を確認する。
拮抗センサ３６は、一対の湾曲ワイヤ１５の拮抗状態を検出する。一対の湾曲ワイヤ１５が拮抗状態であるとき、連結機構１９の円柱部材１９ａおよびギア１９ｂは第２位置に配置される。例えば、拮抗センサ３６は、円柱部材１９ａとの接触または近接を検出する光学式センサを有し、円柱部材１９ａが第２位置に配置されていることを光学式センサによって検出することで拮抗状態を検出する。

【0085】

図１６に示されるように、ステップＳ２１’において、制御装置４は、着脱センサ３３がＯＮであることを確認し（ステップＳ２１１のＹＥＳ）、続いて、拮抗センサ３６の出力を確認する（ステップＳ２１２）。４つのワイヤ着脱部１６の全ての拮抗センサ３６の出力がＯＮである場合、制御装置４は、ワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１とが接続されていると判断する。一方、少なくとも１つの拮抗センサ３６の出力がＯＦＦである場合、制御装置４は、ワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１とが接続されていないと判断し、エラー状態に移行する（ステップＳ２１３）。

【0086】

このように、本実施形態によれば、ステップＳ２１’において、ワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１との接続が、着脱センサ３３の出力と拮抗センサ３６の出力とに基づいて二重に確認される。これにより、着脱センサ３３の二重化せずともワイヤ着脱部１６とワイヤ駆動部２１とが接続されているか否かを確実かつ正確に検出することができ、第１実施形態と比較して、駆動装置２に搭載される着脱センサ３３の数を減らすことができる。
本実施形態のステップＳ２１’は、第２および第３実施形態に適用されてもよい。すなわち、第２および第３実施形態において、ステップＳ２１に代えてステップＳ２１’が実行されてもよい。

【0087】

上記各実施形態において、シーケンスＳ１，Ｓ２，Ｓ３において異常が検出されたセンサを操作者に通知してもよい。この構成によれば、異常が検出されたセンサが通知されることによって、操作者は、マニピュレータおよび駆動装置のいずれを交換すべきかを適切に判断することができる。

【0088】

例えば、第１実施形態において、ステップＳ１２の検査においてトルクセンサ３２の異常が検出された場合、トルクセンサ３２の異常が通知される。ステップＳ２３の検査においてカップリングセンサ３４の異常が検出された場合、カップリングセンサ３４の異常が通知される。ステップＳ３３の検査において、張力センサ３１の異常が検出された場合、張力センサ３１の異常が通知される。
操作者は、トルクセンサ３２またはカップリングセンサ３４の異常が検出された場合、駆動装置を別の駆動装置に交換し、張力センサ３１の異常が検出された場合、マニピュレータを別のマニピュレータに交換する。

【0089】

上記各実施形態において、マニピュレータ１が、電動の軟性内視鏡であることとしたが、マニピュレータ１はこれに限定されるものではなく、電動駆動の可動部を有する他のデバイスであってもよい。例えば、マニピュレータは、湾曲部１２を有する硬性内視鏡であってもよく、モータから駆動ワイヤを経由して伝達される駆動力に従って開閉または進退等の任意の動作をする可動部を有する外科用処置具であってもよい。

【0090】

上記各実施形態において、各ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４において実行される検査は、起動時のみでなく、操作装置３による操作が可能な状態になった後の任意のタイミングで実行されてもよい。
上記各実施形態において、動力発生部がモータ２５を備えることとしたが、動力発生部は、可動部を動作させるための駆動力を発生することができる限りにおいて、他の形態であってもよい。例えば、動力発生部は、駆動力として直線力を発生するアクチュエータを備えていてもよい。動力発生部の形態に応じて、動力発生部と湾曲ワイヤ１５との間の動力伝達機構の設計が変更されてもよい。

【符号の説明】

【0091】

１ マニピュレータ、内視鏡
２ 駆動装置
４ 制御装置
１２，１２１，１２２ 湾曲部（可動部）
１６ ワイヤ着脱部
２１ ワイヤ駆動部
２５ モータ（動力発生部）
３１ 張力センサ（第２センサ、第３センサ）
３２ トルクセンサ（第１センサ）
３３ 着脱センサ（第５センサ）
３４ カップリングセンサ（第２センサ）
３５ 電流センサ（第４センサ）
３６ 拮抗センサ（第６センサ）
Ｓ１ 駆動装置起動シーケンス（第１ステップ）
Ｓ２ マニピュレータ接続シーケンス（第２ステップ）
Ｓ３ 湾曲部初期化シーケンス（第３ステップ）

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】