醫療用機械手的控制方法與流程

2023-10-17 16:06:54

本發明涉及醫療用機械手的控制方法。本申請根據2014年6月20日在日本申請的日本特願2014-127253號主張優先權，並將其內容引用於此。

背景技術：

以往，公知有如下的醫療用機械手：例如，經由線等驅動力傳遞部件傳遞多個馬達的驅動力，由此對前端的關節或末端執行器等進行驅動。

例如，如內窺鏡或貫穿插入到內窺鏡的處置器械通道中使用的處置用機械手等那樣，這種醫療用機械手大多在患者的體內進行使用。

因此，貫穿插入有驅動力傳遞部件的插入部彎曲成各種形狀，由此，根據操作方向等，驅動負荷不同。其結果，即使以相同的驅動條件對各馬達進行驅動，也產生前端部的動作與預想的動作不同的情況。

作為這種醫療用機械手，例如，在專利文獻1中記載了包含內窺鏡的機械手系統。在該機械手系統的內窺鏡中，通過檢測對彎曲塊進行驅動的線的張力值，求出負荷量，根據基於該負荷量預測到的彎曲狀態，對馬達的控制參數進行變更。

專利文獻1中的控制參數例如是「觀察用/處置用從機械手的示教數據、主從比例、靈敏度等」。

例如，在專利文獻1所記載的機械手系統中，記載了將示教數據即馬達目標角度θ1變更為加上對表示內窺鏡的彎曲狀態的變量ε乘以常數D的值而得到的馬達目標角度θ2。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特許第5085684號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

但是，在上述現有的醫療用機械手的控制方法中存在以下這種課題。

例如，在專利文獻1所記載的技術中，關於馬達的負荷量，在由於驅動力傳遞部件的彎曲狀態而使示教數據和動作量偏移的情況下，能夠對該偏移量進行校正，但是，前提在於馬達自身準確進行動作而與負荷量無關。

但是，當驅動負荷增大時，馬達的功耗提高，所以，馬達的發熱量增大。因此，馬達的繞組溫度上升，繞組電阻增大。在醫療用機械手中廣泛使用的DC馬達中，驅動電力恆定，當繞組電阻增大時，旋轉速度降低。

因此，由於負荷量而使馬達的旋轉速度降低，由此，存在被驅動部的響應時間延遲的問題。並且，在通過多個馬達使被驅動部進行協調動作的情況下，由於每個馬達的被驅動部的響應時間產生偏差，所以，協調動作紊亂。

在醫療用機械手中，由於大多用於外科手術等，所以，當被驅動部的響應時間延遲時，妨礙手術醫生的順暢的手術。並且，當被驅動部的協調動作紊亂時，例如，在多自由度的關節機器人等中，可能產生預想不到的屈曲狀態，可能與其他處置器械產生非預期的幹涉等。

特別是在近年來的DC馬達中，PWM(Pulse Width Modulation；脈衝寬度調製)的輸出頻率例如高速化到500kHz左右。這意味著驅動電壓變動中的PWM信號誤差(脈衝寬度誤差)的影響相對提高，在使用多個馬達的情況下，負荷量的差和馬達的個體差的影響均增大。

本發明是鑑於上述這種課題而完成的，其目的在於，提供即使負荷量變化也能夠使馬達準確且迅速地進行動作的醫療用機械手的控制方法。

用於解決課題的手段

本發明的第一方式的醫療用機械手的控制方法根據來自操作部的操作輸入使馬達進行旋轉，由此對被驅動部進行驅動，其中，所述控制方法包括以下步驟：第1步驟，在產生了所述操作輸入時進行試驅動，對所述馬達的溫度上升所引起的繞組電阻的變化進行評價，根據評價出的繞組電阻的變化來設定所述馬達的驅動條件；以及第2步驟，根據所述第1步驟中設定的所述馬達的驅動條件，進行與所述操作輸入對應的驅動。

本發明的第二方式也可以是，在第一方式的醫療用機械手的控制方法中，在所述第1步驟中，檢測所述試驅動時的馬達的消耗電流、平均施加電壓和旋轉速度，根據這些檢測值求出驅動時的繞組電阻的評價值，測定所述試驅動時的旋轉開始電流，設定高於所述旋轉開始電流的驅動電流，根據所述繞組電阻的評價值和所述驅動電流，計算用於進行驅動的PWM信號的佔空比，由此設定所述馬達的驅動條件。

本發明的第三方式也可以是，在第一或第二方式的醫療用機械手的控制方法中，在所述醫療用機械手具有多個所述馬達的情況下，在所述第1步驟中，對所述試驅動時的負荷量進行評價，為了減少所述馬達間的驅動結束時刻的偏差，從所述負荷量大的馬達起依次按照每個所述馬達設定開始驅動的驅動開始時刻，作為所述馬達的驅動條件。

本發明的第四方式也可以是，在第三方式的醫療用機械手的控制方法中，在所述第1步驟中，根據所述試驅動時的消耗電流對所述負荷量進行評價。

發明效果

根據本醫療用機械手的控制方法，在產生了操作輸入時進行試驅動，對溫度上升所引起的馬達的繞組電阻的變化進行評價，根據評價出的繞組電阻的變化來設定馬達的驅動條件，所以，發揮即使負荷量變化也能夠使馬達準確且迅速地進行動作的效果。

附圖說明

圖1是示出具有通過本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法控制的醫療用機械手的醫療用機械手系統的結構的示意性系統結構圖。

圖2是示出通過本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法控制的醫療用機械手的前端部的外觀的示意性立體圖。

圖3是通過本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法控制的醫療用機械手和醫療用機械手系統的主要部的示意性結構圖。

圖4是示出實現本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法的從控制部的主要部分的功能結構的功能框圖。

圖5是示出本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法的流程的流程圖。

圖6是示出本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法中的驅動條件計算式的一例的示意性曲線圖。

具體實施方式

下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。

首先，對包含使用本實施方式的醫療用機械手的控制方法控制的醫療用機械手的醫療用機械手系統進行說明。

圖1是示出具有通過本實施方式的醫療用機械手的控制方法控制的醫療用機械手的醫療用機械手系統的結構的示意性系統結構圖。

使用本實施方式的醫療用機械手的控制方法控制的醫療用機械手1組入用於進行醫療處置的醫療用機械手系統中。

首先，對組入了醫療用機械手1的醫療用機械手系統的結構進行說明。

圖1中示出主從方式的醫療用機械手系統M的一例。主從方式的醫療用機械手系統是具有由主臂和從臂構成的2種臂、並對從臂進行遠程控制以使其追隨於主臂的動作的系統。在本實施方式中，能夠在該從臂上裝配醫療用機械手1。

圖1所示的醫療用機械手系統M具有手術臺100、從臂200a、200b、200c、200d、從控制部400、主臂500a、500b(操作部)、操作部600、輸入處理部700、圖像處理部800、操作者用顯示器900a、助手用顯示器900b。

下面，為了簡化記載，有時如「Xa～Xz」那樣表示字母表順序的標號「Xa、Xb、…、Xz」。例如，有時將「從臂200a、200b、200c、200d」表示為「從臂200a～200d」。

手術臺100是載置作為觀察/處置對象的患者P的臺子。在手術臺100的附近設置有多個從臂200a～200d。另外，也可以將從臂200a～200d設置在手術臺100上。

各從臂200a～200d構成為分別具有多個多自由度關節，通過使各多自由度關節彎曲，相對於載置在手術臺100上的患者P，對裝配在從臂200a～200d的遠位端側(設為朝向患者P的體腔的一側)的醫療用機械手1、醫療用機械手240a～240c等進行定位。各多自由度關節通過未圖示的動力部單獨進行驅動。作為動力部，例如可以使用具備伺服機構的馬達，其動作控制由從控制部400來進行，所述伺服機構具有增量編碼器或減速器等。

醫療用機械手1或其他醫療用機械手240a～240c可以是硬性的，也可以是軟性的。即，醫療用機械手1或其他醫療用機械手240a～240c可以適當選擇採用通過硬質棒的推拉而使用於對活體進行處置的工作體進行動作的形式、或通過軟性線的牽引而使用於對活體進行處置的工作體進行動作的形式。另外，在醫療用機械手1或其他醫療用機械手240a～240c為硬性的情況下，也可以具有通過軟性線的牽引而使其工作體進行動作的結構。在本實施方式中，醫療用機械手1具有通過軟性線將用於使工作體進行動作的驅動力傳遞到工作體的結構。

在圖1中，例如插入到患者P的腹腔內的醫療用機械手240a～240c是硬性的，例如從口等患者的自然開口經由消化道等導入到體內的醫療用機械手1是軟性的。

從控制部400構成為例如具有CPU或存儲器等。從控制部400存儲用於進行從臂200a～200d的控制的規定程序，根據來自輸入處理部700的控制信號，對從臂200a～200d或醫療用機械手1或其他醫療用機械手240a～240c的動作進行控制。即，從控制部400根據來自輸入處理部700的控制信號，確定由操作者Op操作的主臂的操作對象的從臂(或醫療用機械手1)，運算使所確定的從臂等進行與操作者Op的主臂的操作量對應的動作所需要的驅動量。

然後，從控制部400根據計算出的驅動量對主臂的操作對象的從臂等的動作進行控制。此時，從控制部400向對應的從臂輸入驅動信號，並且，根據基於對應的從臂的動作而從動力部的位置檢測器輸入的檢測信號，對驅動信號的大小和極性進行控制，以使得操作對象的從臂的驅動量成為目標驅動量。

主臂500a、500b由多個連杆機構構成。在構成連杆機構的各連杆上設置有例如增量編碼器等位置檢測器。通過該位置檢測器檢測各連杆的動作，由此在輸入處理部700中檢測主臂500a、500b的操作量。

作為主臂500a、500b的連杆機構，例如可以舉出用於對醫療用機械手1中的可動部的位置和姿勢進行操作的多關節的連杆、進行開閉動作以對處置器械的把持動作的開閉角度進行操作的連杆。

圖1所示的醫療用機械手系統M使用2條主臂500a、500b對4條從臂進行操作，需要適當切換主臂的操作對象的從臂。例如通過操作者Op對操作部600的操作來進行這種切換。當然，如果通過使主臂的條數和從臂的條數成為相同數量而使操作對象一對一對應，則不需要這種切換。

操作部600具有用於切換主臂500a、500b的操作對象的從臂的切換按鈕、對主從的動作比率進行變更的比例變更開關、用於使系統緊急停止的腳踏開關等各種操作部件。在通過操作者Op對構成操作部600的任意一個操作部件進行操作的情況下，與對應的操作部件的操作對應的操作信號從操作部600輸入到輸入處理部700。

輸入處理部700對來自主臂500a、500b的操作信號(操作輸入)和來自操作部600的操作信號進行解析，根據操作信號的解析結果，生成用於對醫療用機械手系統M進行控制的控制信號並將其輸入到從控制部400。

圖像處理部800實施用於顯示從從控制部400輸入的圖像信號的各種圖像處理，生成操作者用顯示器900a、助手用顯示器900b中的顯示用的圖像數據。操作者用顯示器900a和助手用顯示器900b例如由液晶顯示器構成，顯示基於圖像數據的圖像，該圖像數據根據經由觀察器具取得的圖像信號而在圖像處理部800中生成。

在如上所述構成的醫療用機械手系統M中，當操作者Op對主臂500a、500b進行操作時，對應的從臂和安裝在該從臂上的醫療用機械手1或其他醫療用機械手240a～240c對應於主臂500a、500b的動作而進行動作。由此，能夠對患者P進行期望的手術。

另外，在圖1中，標號220a、220b、220c、220d表示手術用動力傳遞轉接器。手術用動力傳遞轉接器220a、220b、220c分別連接從臂200a、200b、200c和硬性的醫療用機械手240a、240b、240c。手術用動力傳遞轉接器220d連接從臂200d和軟性的醫療用機械手1。

並且，在本實施方式中，在醫療用機械手系統M中安裝有用於區分進行滅菌處理的部位(清潔域)和不進行滅菌處理的部位(不潔域)的幕簾300。

接著，對醫療用機械手1進行說明。

圖2是示出通過本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法控制的醫療用機械手的前端部的外觀的示意性立體圖。圖3是通過本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法控制的醫療用機械手和醫療用機械手系統的主要部分的示意性結構圖。圖4是示出實現本發明的實施方式的醫療用機械手的控制方法的從控制部的主要部分的功能結構的功能框圖。

另外，下面，如果沒有特別說明，則設醫療用機械手1組入醫療用機械手系統M中的狀態下朝向患者P的體腔的一側為醫療用機械手1的遠位側、醫療用機械手1中在遠離患者P的一側與醫療用機械手系統M連接的連接部分側為醫療用機械手1的近位側來進行說明。

如圖2所示，醫療用機械手1具有用於插入到患者P的體內的長條部件即內窺鏡機械手11(醫療用機械手)、貫穿插入到內窺鏡機械手11的內部的機械手處置器械20(醫療用機械手)。

內窺鏡機械手11從近位端朝向遠位端依次具備具有撓性的管狀的插入部11C(參照圖1)、例如具有節輪或彎曲塊等的公知的彎曲部11B、以及由圓柱狀的硬質材料形成的前端部11A。

在通過操作部600切換為操作對象時，通過針對主臂500a、500b的操作輸入使彎曲部11B彎曲，能夠變更前端部11A的朝向。

作為使彎曲部11B彎曲的機構，例如可以採用如下公知的結構：貫穿插入到節輪或彎曲塊的內周面，使固定在前端部11A上的驅動線貫穿插入到插入部11C內，利用近位端側的驅動馬達等進行牽引。

內窺鏡機械手11單體也成為醫療用機械手，能夠應用本實施方式的控制方法。

在插入部11C和彎曲部11B的內部設置有將機械手處置器械20等處置器械送至處置部位附近的路徑即處置器械通道16。

處置器械通道16的基端部(近位端側)省略了圖示，但是，設置有用於插入機械手處置器械20的插入口。

處置器械通道16由撓性的管狀部件形成，該管狀部件至少具有能夠供機械手處置器械20貫穿插入的內徑。如圖2所示，處置器械通道16的前端部16b在軸向上貫通前端部11A，與在前端部11A的前端面11a開口的貫通孔部12的基端側連接。

如圖2所示，觀察部15是用於對處置對象部位進行觀察的裝置，具有公知的攝像機構13和照明機構14。

攝像機構13和照明機構14配置在前端部11A的內部，省略圖示的電氣布線或光纖貫穿插入到彎曲部11B和插入部11C的內部，與從控制部400中的電路和光源連結。

攝像機構13和照明機構14在前端部11A的前端面11a分別具有光學開口窗，通過該開口窗，能夠接收前端部11A的前方的外光並且向前方出射照明光。

機械手處置器械20是醫療用機械手的一例，通過具備具有多個關節的關節構造部，使前端的末端執行器移動或對其進行驅動，整體形成為細長的軸狀。

如圖3所示，機械手處置器械20具有關節22(被驅動部)、與關節22連結的軸狀部21、把持處置對象等的把持部26、具有撓性的管狀部件即筒狀部23、對關節22和把持部26供給驅動力的驅動單元30。

把持部26是機械手處置器械20的末端執行器，安裝在最前端側(遠位端側)的軸狀部21的前端。

筒狀部23與最基端側(近位端側)的軸狀部21連接。

關節22是屈曲用關節，只要是使用動力傳遞部件從近位端傳遞驅動力從而進行屈曲的關節即可，具體結構沒有特別限定。關節22的屈曲自由度、屈曲方向、屈曲量等也沒有特別限定。

下面，作為關節22的一例，設為從近位端側起依次具有在與機械手處置器械20的延伸方向交叉的方向上屈曲的關節22B、在與關節22B的屈曲方向垂直的方向上屈曲的關節22A來進行說明。

關節22A、22B均具有省略圖示的線輪，在各個線輪上卷繞有向關節22A、22B傳遞驅動力的動力傳遞部件即驅動線24A、24B，其各端部被固定。

下面，在沒有特別明示關節22A、22B或驅動線24A、24B的區別的情況下或進行總稱的情況下，有時省略附加字母A、B，簡稱為關節22、驅動線24。

並且，在本說明書中，為了簡化，在明顯與關節22A、22B或驅動線24A、24B相關聯的部件或部位的名稱中，在明示對應關係的情況下，也對各個標號標註附加字母A、B。只要沒有特別說明，則它們相互具有大致相同(包含相同情況)的結構。並且，在不需要明示區別的情況下或進行總稱的情況下，省略附加字母A、B。

軸狀部21具有通過關節22B連結的軸狀部21C、21B以及通過關節22A而與軸狀部21B連結的軸狀部21A。

因此，軸狀部21C在機械手處置器械20中成為最基端側的軸狀部21，與連接有關節22B的端部相反的一側的端部固定在筒狀部23的前端。

軸狀部21A在機械手處置器械20中成為最前端側的軸狀部21，在與關節22A相反的一側的端部即前端固定有把持部26。

在軸狀部21B的兩端部連結有關節22B、22A。

下面，將這種由軸狀部21C、關節22B、軸狀部21B、關節22A、軸狀部21A和把持部26構成的連結體稱為前端屈曲部25。

把持部26例如具有用於保持處置器械或組織等的一對把持部件26a、26b、以能夠轉動的方式支承把持部件26a、26b的轉動軸26c。把持部件26a、26b根據主臂500a、500b的操作而以轉動軸26c為中心轉動，進行開閉動作。

把持部26的驅動力的傳遞單元沒有特別限定，例如，可以是通過省略圖示的驅動線對與把持部件26a、26b連結的省略圖示的連杆進行驅動等的單元。在本實施方式中，作為一例，通過與驅動線24相同的驅動線進行驅動。

如圖3所示，在不把持被把持物而閉合的情況下，把持部26成為不從所連結的軸狀部21的外形突出的大小。

根據這種結構，前端屈曲部25插入到處置器械通道16和貫通孔部12的內部，成為能夠進退的軸狀體。

筒狀部23例如由樹脂管等軟性的筒狀部件構成，在其內部貫穿插入有驅動線24A、24B等貫穿插入物。

驅動線24A、24B在從筒狀部23的基端部到前端的線輪的附近之間分別貫穿插入到兩端部的位置被固定的外皮27的內部。

各外皮27由具有與各驅動線24大致相同直徑的內徑的密繞線圈等形成，由此，即使受到外力而彎曲，長度也幾乎不會變化。

作為筒狀部23中的驅動線24以外的貫穿插入物，省略了圖示，但是，例如可以舉出用於對把持部26進行驅動的操作線、與觀察部15連接的電線和光纖等例子。

驅動單元30是對驅動線24進行驅動並對關節22供給驅動力、對省略圖示的驅動線進行驅動並對把持部26供給驅動力的裝置部分。

驅動單元30在設置在筒狀部23的基端部的基端部殼體31的內部具有按照每個對關節22進行驅動的驅動線24而設置的多個驅動馬達34(馬達)。即，在圖3中，作為驅動馬達34，僅示出驅動馬達34B，但是，在本實施方式中，如圖4所示，驅動馬達34具有分別對驅動線24A、24B進行驅動的驅動馬達34A、34B。

並且，雖然沒有特別圖示，但是，驅動單元30配置在從臂200d的內部的適當位置。

如圖3所示，驅動馬達34B的輸出軸34Ba與卷繞有驅動線24B的驅動線輪33B連結，當驅動馬達34B旋轉驅動時，驅動線輪33B旋轉，能夠在旋轉方向上牽引驅動線24B。

驅動馬達34B由DC馬達構成，具有檢測輸出軸34Ba的旋轉位置的編碼器34Bb。

以上參照圖3說明了對驅動線24B進行驅動的驅動馬達34B和與其相關聯的部件，但是，同樣的說明還應用於圖3中未圖示的驅動馬達34A、輸出軸34Aa、驅動線輪33A、編碼器34Ab(參照圖4)。

在這種結構的醫療用機械手1中，通過設置在從控制部400內的多個控制單元來控制各裝置部分的動作。關於馬達的控制，這些控制單元進行的控制方法都是相同的。

因此，下面，作為一例，參照圖4說明對各驅動馬達34的動作進行控制的控制單元36的結構。

如圖4所示，控制單元36具有馬達驅動器100A、100B、電流檢測部101、PWM輸出檢測部102、旋轉檢測部103、驅動信號生成部104、輸出時刻設定部105、驅動條件設定部106、溫度上升解析部107和動作控制部108。

在對各驅動馬達34進行試驅動的情況下和進行正式驅動的情況下，控制單元36的控制動作不同。這裡，正式驅動意味著根據來自輸入處理部700的操作信號對各驅動馬達34進行驅動的驅動，試驅動是指以取得用於設定正式驅動中的後述驅動條件的信息為目的而在正式驅動之前進行的驅動。

以使各驅動馬達34朝向目標值旋轉的方式進行正式驅動，與此相對，在取得用於設定驅動條件的信息的短時間內進行試驅動，各驅動馬達34不旋轉，或者，即使旋轉，旋轉量也極小。

馬達驅動器100A(100B)根據經由輸出時刻設定部105施加的驅動信號，使驅動馬達34A(34B)進行旋轉。

作為對馬達驅動器100A(100B)施加的驅動信號，可以舉出指定旋轉方向的旋轉方向控制信號、進行脈衝寬度調製以控制旋轉速度的PWM信號、對旋轉施加制動的制動信號。

電流檢測部101分別檢測從馬達驅動器100A、100B向驅動馬達34A、34B供給的電流值，以檢測驅動馬達34A、34B的消耗電流。

由電流檢測部101檢測到的電流值的信息被送出到驅動條件設定部106、溫度上升解析部107，用於它們進行的運算。

PWM輸出檢測部102監視從馬達驅動器100A、100B向驅動馬達34A、34B輸出的PWM信號，檢測所輸出的PWM信號的佔空比和基於PWM信號的平均施加電壓。

由PWM輸出檢測部102檢測到的佔空比的信息被送出到驅動條件設定部106，在後述試驅動時用於PWM輸出校正值的計算。

由PWM輸出檢測部102檢測到的平均施加電壓的信息被送出到溫度上升解析部107，用於後述試驅動時的溫度上升解析部107進行的溫度上升解析。

旋轉檢測部103取得驅動馬達34A、34B中的編碼器34Ab、34Bb的輸出，檢測各驅動馬達34的旋轉位置和旋轉速度。

由旋轉檢測部103檢測到的旋轉位置的信息用於動作控制部108的旋轉控制。

由旋轉檢測部103檢測到的旋轉速度的信息被送出到溫度上升解析部107，用於溫度上升解析部107進行的溫度上升解析。

驅動信號生成部104根據從動作控制部108、驅動條件設定部106送出的控制信息，生成用於進行各驅動馬達34的動作控制的驅動信號。

輸出時刻設定部105根據從驅動條件設定部106送出的控制信息，分別獨立地設定將驅動信號生成部104生成的驅動信號輸出到馬達驅動器100A、100B的時刻。

驅動條件設定部106根據從動作控制部108送出的信息，設定試驅動和正式驅動中的驅動馬達34A、34B的驅動條件。

驅動條件設定部106在進行試驅動之前，根據來自動作控制部108的動作指令值的信息設定試驅動的驅動條件。

並且，驅動條件設定部106在進行正式驅動之前的試驅動時，根據從溫度上升解析部107取得的與溫度上升對應的信息和來自電流檢測部101的與電流變化有關的信息，設定基於動作指令值的正式驅動時的驅動馬達34A、34B的驅動條件。

作為驅動條件，驅動條件設定部106對驅動信號生成部104設定PWM信號的佔空比，對輸出時刻設定部105設定將由驅動信號生成部104生成的PWM信號輸出到馬達驅動器100A、100B的輸出時刻。

驅動條件設定部106以能夠通信的方式與動作控制部108連接，根據來自動作控制部108的控制信號進行動作。

在後述動作說明中對驅動條件的具體設定方法進行說明。

溫度上升解析部107在後述試驅動時，從電流檢測部101、PWM輸出檢測部102、旋轉檢測部103取得每個驅動馬達34A、34B的消耗電流、平均施加電壓、旋轉速度的信息。然後，對基於每個驅動馬達34A、34B的溫度上升所引起的繞組電阻的變化進行評價，將該評價值送出到驅動條件設定部106。

溫度上升解析部107以能夠通信的方式與動作控制部108連接，根據來自動作控制部108的控制信號進行動作。

在後述動作說明中對繞組電阻的變化的評價方法進行說明。

動作控制部108以一定周期監視來自輸入處理部700的操作信號，在送出了操作信號的情況下，對操作信號進行解析，計算每個驅動馬達34A、34B的必要動作量。

然後，為了實現該動作量，一邊反饋從旋轉檢測部103送出的各驅動馬達34的旋轉位置的信息，一邊生成各自的動作指令值。

該動作指令值被送出到驅動條件設定部106、溫度上升解析部107，用於驅動條件的設定，並且被送出到驅動信號生成部104，通過驅動信號生成部104生成基於動作指令值的驅動信號。

但是，動作控制部108從輸入處理部700接收到操作信號時，在進行基於該控制信號的正式驅動的動作控制之前，在預先決定的期間內執行試驅動，以取得用於設定正式驅動時的驅動條件的信息。

在後述動作說明中對動作控制部108進行的控制動作進行詳細說明。

關於這種控制單元36的裝置結構，在本實施方式中，通過適當的硬體以及由CPU、存儲器、輸入輸出接口、外部存儲裝置等構成的計算機的組合構成。通過由硬體或計算機執行的控制程序來實現每個上述功能結構的控制功能。

接著，以本實施方式的醫療用機械手的控制方法為中心，對醫療用機械手系統M中的機械手處置器械20的動作進行說明。

圖5是示出本實施方式的醫療用機械手的控制方法的流程的流程圖。圖6是示出本實施方式的醫療用機械手的控制方法中的驅動條件計算式的一例的示意性曲線圖。圖6的縱軸表示旋轉速度n，橫軸表示電流I。本實施方式的醫療用機械手的控制方法根據來自操作部的操作輸入使馬達進行旋轉，由此對被驅動部進行驅動。

在醫療用機械手系統M中使用機械手處置器械20進行處置時，首先，使用內窺鏡機械手11，在處置對象部位將機械手處置器械20的前端部分插入到患者P的體內，進入到處置對象部位的附近。

接著，如圖2所示，將機械手處置器械20的前端屈曲部25向前端部11A的前方送出後，進行前端屈曲部25的原點設置。

由此，機械手處置器械20成為可操作狀態。操作者Op一邊觀察由攝像機構13進行攝像並顯示在操作者用顯示器900a中的處置對象和前端屈曲部25的圖像，一邊對主臂500a、500b等進行操作，進行必要的手術。

內窺鏡機械手11一般根據體內的插入路徑而彎曲，所以，內窺鏡機械手11的內部的處置器械通道16也彎曲。

因此，貫穿插入到處置器械通道16中的機械手處置器械20的筒狀部23也與處置器械通道16同樣地彎曲。由此，筒狀部23內的各外皮27也彎曲成各種形狀，在貫穿插入到各外皮27中的驅動線中產生與彎曲形狀對應的驅動負荷。由於這種驅動負荷，在機械手處置器械20中可能產生動作延遲或動作量的偏差。

在醫療用機械手中，當存在動作延遲或動作量的偏差時，手術的時機紊亂，產生無法預期的動作，無法進行順暢的手術。

例如，如果測定驅動線的張力等，檢測動力傳遞系統的實際負荷，根據負荷量對動作指令值進行變更，則能夠在某種程度上對這種驅動負荷進行校正。

但是，負荷量的大小對各個驅動馬達造成的影響還根據驅動馬達的馬達特性的個體差、動作時的驅動馬達的發熱等而不同。因此，即使與驅動馬達無關地對動作指令值進行校正，有時也無法改善操作性。

在本實施方式的醫療用機械手的控制方法中，在根據動作指令值進行驅動馬達34A、34B的正式驅動之前，進行試驅動，對負荷量進行評價，針對負荷量設定適當的驅動條件後，進行正式驅動。

本實施方式的控制方法是如下方法：每當從輸入處理部700接收到進行驅動的操作信號時，按照圖5所示的流程來執行圖5所示的步驟S1～S9。

在醫療用機械手1中，輸入處理部700以一定周期、例如每1ms監視操作部600和主臂500a、500b的操作輸入。

輸入處理部700在對檢測到的操作輸入是對機械手處置器械20的前端屈曲部25進行驅動的操作輸入的情況進行解析後，向機械手處置器械20的動作控制部108送出操作信號。

步驟S1是按照每個驅動馬達生成動作指令值的步驟。

操作者Op通過操作部600將操作對象切換為從臂200d中的機械手處置器械20後，當對主臂500a、500b進行操作時，通過輸入處理部700對操作部600和主臂500a、500b的操作信號進行解析。

輸入處理部700解析後的操作信號作為機械手處置器械20應該進行的動作的信息送出到控制單元36的動作控制部108。例如，送出機械手處置器械20的把持部26應該移動的位置和移動後的姿勢等信息。

在動作控制部108中，計算實現這種把持部26的位置、姿勢所需要的前端屈曲部25中的關節22A、22B的驅動量，生成表示用於實現該驅動量的驅動馬達34A、34B的旋轉方向、旋轉量、旋轉速度的動作指令值。

至此，步驟S1結束。

接著，進行步驟S2。本步驟是根據動作指令值設定試驅動的驅動條件的步驟。

本實施方式中的試驅動的目的主要有三個。

第1目的是，求出對輸出到各驅動馬達34的PWM信號的佔空比的誤差進行校正的PWM輸出校正值。

第2目的是，求出基於各驅動馬達34的溫度上升所引起的繞組電阻且能夠進行校正。

第3目的是，在正式驅動時對必要的最小電流量進行評價。

任意目的中，旋轉方向與動作指令值的旋轉方向一致。

在以第1和第2目的進行的試驅動(以下稱為第1試驅動)中，在動作指令值中，固定為與旋轉速度對應的默認佔空比，以預先決定的一定時間進行試驅動。這裡，關於一定時間，在後述步驟S3、S4中能夠取得必要數據的範圍內設定儘可能短的時間。例如，設定為20μs左右。

在以第3目的進行的試驅動(以下稱為第2試驅動)中，使佔空比從0％起逐漸增大來進行驅動，所以，設定使佔空比從0％增加到100％時的時間。能夠與動作指令值無關地設定該時間，例如，設定為200μs左右。

在任意試驅動中，輸出驅動信號的時刻是如下時刻：在針對驅動信號生成部104設定驅動條件後，未特意設置時間差，立即輸出到馬達驅動器100A、100B。

當從動作控制部108向驅動條件設定部106送出用於設定試驅動的驅動條件的控制信號和動作指令值時，驅動條件設定部106設定以上的驅動條件，在驅動信號生成部104和輸出時刻設定部105中進行設定。

由此，步驟S2結束。

接著，進行步驟S3。本步驟是如下步驟：進行第1試驅動，計算每個驅動馬達34的PWM輸出校正值，按照每個驅動馬達34存儲該值。

當步驟S2結束後，動作控制部108向驅動信號生成部104送出開始進行驅動信號的生成的控制信號。由此，驅動信號生成部104根據驅動條件設定部106設定的驅動條件生成PWM信號。該PWM信號在由輸出時刻設定部105設定的時刻輸出到馬達驅動器100A、100B。由此，驅動馬達34A、34B的第1試驅動開始。

通過PWM輸出檢測部102監視從馬達驅動器100A、100B向驅動馬達34A、34B輸出的PWM信號。PWM輸出檢測部102將所輸出的佔空比的信息送出到驅動條件設定部106。

驅動條件設定部106按照每個驅動馬達34A、34B計算所輸出的PWM信號的佔空比D0與從PWM輸出檢測部102送出的佔空比Dout之差ΔD＝Dout-D0，分別作為PWM輸出校正值ΔDA、ΔDB進行存儲。

這種佔空比的變化例如是由於開關部件等的信號傳送延遲等硬體固有的原因而產生的，所以，一般情況下，ΔD取正值，與動作指令值相比，成為過大的佔空比。

因此，PWM輸出校正值ΔDA、ΔDB用於在正式驅動時對根據動作指令值計算出的佔空比進行校正。

由此，由於對硬體固有的PWM信號的變化進行了校正，所以，能夠根據動作指令值進行忠實的驅動。並且，還能夠抑制由於佔空比的增大使平均施加電壓上升而導致的發熱。

至此，步驟S3結束。

另外，在ΔD的值過大的情況下，硬體中可能產生異常，所以，設置適當的閾值，在超過閾值的情況下，判斷為故障，在操作者用顯示器900a、助手用顯示器900b中顯示警告消息，能夠使機械手處置器械20的動作停止。

並且，驅動條件設定部106在後述正式驅動時也監視Dout-D0，在Dout-D0超過預先決定的容許值的情況下，判斷為故障，在操作者用顯示器900a、助手用顯示器900b中顯示警告消息，能夠使機械手處置器械20的動作停止。

接著，進行步驟S4。本步驟是進行第1試驅動並檢測每個驅動馬達34的溫度上升所引起的繞組電阻的變化的步驟。

第1試驅動開始，如果是能夠測定基於第1試驅動的溫度上升的時刻，則能夠在適當時刻進行本步驟。因此，在步驟S3之後進行本步驟是一例，不是必須在步驟S3之後進行。例如，能夠在步驟S3之前、或者與步驟S3並行進行。

在DC馬達中，旋轉速度n如下式(1)那樣表示，所以，當如圖6所示設橫軸為電流I、縱軸為旋轉速度n時，在繞組電阻R、平均施加電壓DUTY固定的條件下，旋轉速度n相對於電流I的關係用直線表示。

n＝kn·(DUTY-R·I) …(1)

這裡，比例常數kn按照每個馬達取固有值。例如，驅動馬達34A、34B的比例常數分別為knA、knB。

繞組電阻R作為溫度T的函數R(T)例如如下式(2)那樣表示。

R(T)＝R25·{1+α·(T-T25)} …(2)

這裡，R25是溫度T25＝25(℃)時的馬達的繞組電阻，α是繞組材料的線膨脹係數。

例如，當利用圖6中的直線190表示25℃時的上述式(1)時，由於馬達的溫度上升，在溫度成為T(其中，T>T25)的情況下的上述式(1)中，繞組電阻成為R(T)(其中，R(T)>R25)，所以，在圖6中如直線191那樣表示。

即，當驅動條件沒有變化時，隨著溫度上升，旋轉速度n降低。因此，與動作指令值的旋轉速度相比，成為低速的動作，所以，驅動馬達34的響應時間降低。並且，當溫度上升按照每個驅動馬達34而不同時，響應時間的降低量不同，所以，在各驅動馬達34的響應時間中產生偏差，其結果，各關節22的協調動作紊亂。

這種關節22的響應時間的降低、偏差損害機械手處置器械20的操作性，所以，可能成為外科手術等手術的障礙。

因此，在本實施方式中，根據溫度上升所引起的繞組電阻的變化，對正式驅動的驅動條件進行變更。

因此，在本步驟中，溫度上升解析部107通過下式(3)對每個驅動馬達34A、34B的溫度上升所引起的繞組電阻的變化進行評價，按照每個驅動馬達34A、34B計算繞組電阻RT。

RT＝{DUTYT-(nT/kn)}/IT …(3)

這裡，DUTYT是從PWM輸出檢測部102送出的第1試驅動時的平均施加電壓。nT是從旋轉檢測部103送出的第1試驅動時的旋轉速度。IT是從電流檢測部101送出的第1試驅動時的消耗電流。

由溫度上升解析部107計算出的繞組電阻RT按照每個驅動馬達34A、34B分別作為繞組電阻RTA、RTB(繞組電阻的評價值)送出到驅動條件設定部106，存儲在驅動條件設定部106中。

至此，步驟S4結束。

接著，進行步驟S5。本步驟是設定基於溫度上升進行繞組電阻的校正後的驅動條件計算式的步驟。

驅動條件設定部106使用從溫度上升解析部107送出的RT，設定下式(4)作為驅動條件計算式。

n＝kn·(DUTY-RT·I) …(4)

上述式(4)設定為能夠根據驅動條件設定部106提供的變量計算未知數的形式即可，可以設定為數學式，也可以設定為數據表。

下面，作為一例，設上述式(4)存儲為計算未知數的數式來進行說明。

驅動條件計算式的設定結束後，結束第1試驅動。

由此，步驟S5結束。

接著，進行步驟S6。本步驟是如下步驟：使PWM信號的佔空比增加來進行第2試驅動，根據驅動條件計算式設定能夠驅動的最小電流值。

動作控制部108將開始進行第2試驅動的控制信號送出到驅動條件設定部106。

在驅動條件設定部106中，PWM信號的佔空比從0％起依次增大，設定對各驅動馬達34進行驅動的驅動條件。

驅動條件的設定完成後，動作控制部108向驅動信號生成部104送出開始進行驅動信號的生成的控制信號。由此，驅動信號生成部104根據驅動條件設定部106設定的驅動條件，生成PWM信號等驅動信號。該驅動信號在由輸出時刻設定部105設定的時刻輸出到馬達驅動器100A、100B。由此，驅動馬達34A、34B的第2試驅動開始。

開始進行第2試驅動，當佔空比增大而被供給超過各驅動馬達34的負荷量的電力時，各驅動馬達34開始旋轉。

驅動條件設定部106通過監視從電流檢測部101送出的電流量，檢測各驅動馬達34的旋轉的開始。

因此，在驅動條件設定部106中存儲有為了根據電流量的變化來檢測各驅動馬達34開始旋轉的情況而預先決定的電流量的變化的閾值。

當驅動馬達34的旋轉開始後，由於慣性而使電流量減少，所以，通過監視電流的變化率，能夠檢測旋轉的開始。

驅動條件設定部106在電流量的變化率的大小成為閾值以上的情況下，向動作控制部108進行通知，將此前監視到的電流量的最大值作為旋轉開始電流，計算對該旋轉開始電流乘以規定係數而得到的電流量作為最小電流量Imin(驅動電流)。作為規定係數，考慮由於測定誤差而引起的餘量，預先設定1以上的適當的係數。

被驅動條件設定部106通知了驅動馬達34開始旋轉的情況的動作控制部108向驅動信號生成部104送出使第2試驅動停止的控制信號。

這樣，第2試驅動結束，並且，按照每個驅動馬達34計算最小電流量Imin作為最小電流量IminA、IminB。

至此，步驟S6結束。

接著，進行步驟S7。本步驟是根據提供步驟S6中計算出的最小電流量Imin的最小佔空比Dmin的信息來設定正式驅動時的佔空比DOP的步驟。

具體而言，驅動條件設定部106根據下式(5)，在驅動信號生成部104中設定正式驅動時的佔空比DOP。

DOP＝{(nOP/kn)-RT·Imin}/E-ΔD …(5)

這裡，nOP是正式驅動的動作指令值中的旋轉速度。E是生成PWM信號的電壓。

作為驅動條件，通過設定在上述式(5)的、nOP、RT、Imin、ΔD中分別代入nOPA(nOPB)、RTA(RTB)、IminA(IminB)、ΔDA(ΔDB)而計算出的佔空比DOPA(DOPB)，對試驅動中檢測到的繞組電阻的變化和信號延遲而引起的佔空比的誤差進行校正。因此，當產生PWM信號時，能夠開始進行基於動作指令值的旋轉速度nOPA、nOPB的正式驅動。

至此，步驟S7結束。

接著，進行步驟S8。本步驟是根據步驟S6中計算出的最小電流量Imin的大小來設定各驅動馬達34的輸出時刻的步驟。

步驟S6中計算出的驅動馬達34A、34B的第2試驅動中的旋轉開始時的消耗電流即最小電流量IminA、IminB表示驅動馬達34A、34B的負荷量。這樣，當負荷量不同時，即使同時開始旋轉，達到一定旋轉速度為止的加速時間也不同，所以，相應地產生目標驅動結束為止的時間差。

在本實施方式中，為了抑制由於這種原因而引起的驅動時間的偏差，從最小電流量IminA、IminB較大的一方起先開始進行PWM信號的輸出，使最小電流量IminA、IminB較小的一方的輸出時刻延遲。

關於輸出時刻的延遲量，預先通過實驗等求出與最小電流值對應的負荷量和加速時間的關係，作為實驗式或數據表等存儲在驅動條件設定部106中。

驅動條件設定部106例如在IminA>IminB的情況下，根據預先設定的函數f計算針對馬達驅動器100B的輸出時刻的延遲量Δt作為Δt＝f(IminA-IminB)，設定在輸出時刻設定部105中。

至此，步驟S8結束。

接著，進行步驟S9。本步驟是根據通過第1和第2試驅動設定的驅動條件進行正式驅動的步驟。

動作控制部108向驅動信號生成部104送出開始進行驅動信號的生成的控制信號。由此，驅動信號生成部104根據驅動條件設定部106設定的正式驅動的驅動條件，生成包含PWM信號的驅動信號。該PWM信號在由輸出時刻設定部105設定的正式驅動的輸出時刻輸出到馬達驅動器100A、100B。由此，驅動馬達34A、34B的正式驅動開始。

由此，驅動馬達34A、34B根據動作控制部108計算出的動作指令值進行旋轉，進行驅動以使得前端屈曲部25的關節22A、22B成為基於主臂500a、500b的操作的位置、姿勢。

至此，步驟S9結束。

這樣，每當向動作控制部108發送操作信號時，反覆進行這種試驅動和正式驅動。

上述步驟S1～S8構成如下的第1步驟：在產生了操作輸入時進行試驅動，對馬達的溫度上升所引起的繞組電阻的變化進行評價，根據評價出的繞組電阻的變化來設定馬達的驅動條件。

上述步驟S9構成如下的第2步驟：根據第1步驟中設定的馬達的驅動條件，進行與操作輸入對應的驅動。

以上說明了機械手處置器械20的前端屈曲部25的控制方法，但是，機械手處置器械20的把持部26、醫療用機械手1的彎曲部11B也同樣通過控制方法進行控制。

根據本實施方式的醫療用機械手的控制方法，在產生了操作輸入時進行試驅動，對溫度上升所引起的馬達的繞組電阻的變化進行評價，根據評價出的繞組電阻的變化來設定馬達的驅動條件，所以，即使負荷量變化也能夠使馬達準確且迅速地進行動作。

即，每當發送操作信號時進行試驅動，對負荷量或溫度上升所引起的繞組電阻的變化進行評價，所以，即使負荷量在手術的執行中變化，也能夠使馬達準確且迅速地進行動作。

並且，在設置多個馬達的情況下，按照每個馬達進行試驅動，對負荷量或溫度上升所引起的繞組電阻的變化進行評價，所以，例如，即使負荷量由於驅動方向等差異而按照每個馬達來變化，也能夠使馬達準確且迅速地進行動作。

特別是在本實施方式中，在第1試驅動中，檢測PWM信號的輸出誤差，計算PWM輸出校正值ΔD，對驅動條件中的佔空比進行校正。因此，能夠對由於馬達或信號電路等硬體的個體差而引起的驅動條件的偏差進行校正。

特別是在馬達的驅動頻率例如為500kHz這樣的高頻率的情況下，由於信號輸出延遲而引起的誤差的影響，相對較大的佔空比的誤差變大。

例如，在驅動頻率為50kHz的情況下和500kHz的情況下，佔空比為10％，基於硬體的信號輸出延遲而引起的誤差產生100ns。該情況下，在50kHz時，佔空比誤差為5％(＝100×100ns/2μs)，與此相對，在500kHz時，佔空比誤差為50％(＝100×100ns/0.2μs)。因此，在500kHz時，佔空比從10％成為15％，但是，在本實施方式中，能夠防止產生這種誤差。

另外，在上述實施方式的說明中，說明了在試驅動中計算PWM輸出校正值的情況的例子，但是，例如，在馬達的驅動頻率較低的情況下或硬體的誤差較小的情況下，也可以省略基於PWM輸出校正值的校正。

在上述實施方式的說明中，說明了醫療用機械手具有2個馬達即驅動馬達34A、34B作為馬達的情況的例子，但是，這是一例，馬達的個數不限於此。例如，醫療用機械手也可以具有3個以上的馬達。

並且，馬達也可以僅為一個。但是，該情況下，刪除上述步驟S8。

在上述實施方式的說明中，求出繞組電阻的變化而不測定溫度上升，但是，也可以使用溫度傳感器等進行馬達的溫度測定，使用上述式(2)計算繞組電阻RT。

以上說明了本發明的各實施方式，但是，本發明的技術範圍不限於上述實施方式，能夠在不脫離本發明主旨的範圍內改變各實施方式中的結構要素的組合，對各結構要素施加各種變更，或進行刪除。

產業上的可利用性

在醫療用機械手中，即使負荷量變化也能夠使馬達準確且迅速地進行動作。

標號說明

1：醫療用機械手；11：內窺鏡機械手(醫療用機械手)；11B：彎曲部；16：處置器械通道；20：機械手處置器械(醫療用機械手)；22、22A、22B：關節(被驅動部)；23：筒狀部；24、24A、24B：驅動線；25：前端屈曲部；26：把持部；30：驅動單元；34、34A、34B：驅動馬達(馬達)；34Ab、34Bb：編碼器；36：控制單元；100A、100B：馬達驅動器；101：電流檢測部；102：PWM輸出檢測部；103：旋轉檢測部；104：驅動信號生成部；105：輸出時刻設定部；106：驅動條件設定部；107：溫度上升解析部；108：動作控制部；240a、240b、240c：醫療用機械手；400：從控制部；500a、500b：主臂(操作部)；600：操作部；700：輸入處理部；800：圖像處理部；ΔD、ΔDA、ΔDB：PWM輸出校正值；DOP、DOPA、DOPB：佔空比；Imin、IminA、IminB：最小電流量(驅動電流、消耗電流)；M：醫療用機械手系統；Op：操作者；P：患者；RT、RTA、RTB：繞組電阻(繞組電阻的評價值)。