JP2009218070A - 操作機構及び該操作機構を備えるマニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】入力部を基準位置へと確実に復帰させることができ、操作性を一層向上させることができる操作機構及び該操作機構を備えるマニピュレータを提供する。
【解決手段】マニピュレータ１０は、操作指令部１４と、操作指令部１４から延在する連結シャフト４８と、連結シャフト４８の先端に設けられ、操作指令部１４の操作に基づいて、先端部の延在方向の軸線を中心として回動可能な回転機構を備える作業部１６とを備える。操作指令部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、指で所定の二方向に移動させることで入力操作を行う複合入力部３４とを備え、複合入力部３４は、ベース体１０２と、ベース体１０２に対して回転自在に係合されるシャトルリング１００と、シャトルリング１００を基準位置の方向へと付勢する一対のばね１２４ａ、１２４ｂと、ばね１２４ａ、１２４ｂの溝部１２５外への伸長を阻止する阻止部材１３１とを有する。
【選択図】図９

Description

本発明は、人手によって把持されるグリップハンドルと、所定の二方向に移動させることで入力操作を行う入力手段とを備える操作機構、及び、該操作機構を備えるマニピュレータに関する。

内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール（筒状の器具）を挿入した後、シャフトを有する鉗子器具の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子器具の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。

鉗子器具による内視鏡下外科手術は、作業空間である体腔内が狭くしかもトラカールを支点として鉗子器具を操作するため、一定のトレーニングが必要となる。また、従来使用されている鉗子では先端の作業部に関節が無いため、自由度が小さく、先端作業部はシャフトの延長線上での動作しか行うことができない。したがって、通常のトレーニングで実施可能な症例には限度があり、他の様々な症例に対して適用するためには相当に高度なトレーニング及び習熟が必要になる。

このような観点から、従来の鉗子器具を改良し、作業部に複数の関節を有する鉗子の開発が行われている（例えば、引用文献１参照）。このような鉗子、いわゆるマニピュレータでは、従来の鉗子器具のような制約や不自由がなく、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなる。

特開２００２−１０２２４８号公報

ところで、上記のようなマニピュレータの開発では、先端作業部の開発はもとより、対応する操作部の開発が重要である。なぜなら、作業部の自由度が増すとそれだけ操作部に設けられる入力部の数も増えて操作が複雑となり、例えばヨー方向操作とロール方向操作の操作確認や、プラス方向操作とマイナス方向操作の操作確認の時間がかかり、容易な手技の実現という目的に反することになるからである。特に、内視鏡下外科手術では縫合及び結紮が必須作業であることから作業部のロール動作を容易に行うことのできるマニピュレータ及びその操作部（操作機構）の要請が高い。

このようなロール動作を行う入力部を含め、先端作業部の動作に供される各入力部は、非操作時においては基準位置へと確実に復帰していることが、現在及びその後の処置を行う際の操作性を確保する上で重要である。再操作時に入力部が基準位置にないと、直感的な操作を迅速に且つ正確に行うことが難しいからである。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、入力部を基準位置へと確実に復帰させることができ、操作性を一層向上させることができる操作機構及び該操作機構を備えるマニピュレータを提供することを目的とする。

本発明に係る操作機構は、人手によって把持されるグリップハンドルと、前記グリップハンドルが固定された筐体部に設けられ、指で基準位置から直線又は曲線に沿う二方向に移動させることで入力操作を行う入力手段とを備える操作機構であって、前記入力手段は、前記筐体部に固定された基体部材と、前記基体部材に対して相対的に前記二方向に移動自在に係合される入力部材と、前記入力部材の各移動方向外側の端部に対応してそれぞれ設けられ、前記入力部材が各移動方向に移動されると、該入力部材を前記基準位置の方向へと付勢する一対のばね部材と、前記基体部材に設けられ、前記入力部材が移動されることにより一方の前記ばね部材が圧縮された状態で、該入力部材への他方の前記ばね部材からの付勢を阻止する阻止部材とを有することを特徴とする。

また、前記基体部材には、一端が閉塞されると共に、他端には前記入力部材が挿通自在な開口が設けられ、前記ばね部材が配置される一対の溝部が設けられ、前記阻止部材は、前記開口の一部を塞ぐことにより前記ばね部材が前記溝部外へと伸長することを防止すると共に、前記入力手段が前記基準位置である場合に、前記ばね部材が前記溝部内で所定の圧縮状態となるように保持しているように構成してもよい。

このような構成によれば、入力部材がいずれの方向に移動された場合であっても、前記阻止部材の作用により、該入力部材にはいずれか一方のばね部材からの付勢力、つまり一つの方向への復帰力のみが作用すると共に、入力部材が基準位置付近にある状態でも該入力部材には十分な復帰力を作用させることができる。従って、例えば、入力部材と基体部材との間に摩擦抵抗等を生じている状態であっても当該入力部材を基準位置へと確実に戻すことができ、操作性を一層向上させることができる。

この場合、前記入力部材は、前記基体部材に設けられた円弧状の案内部に沿って回転自在なリングとしてもよい。

また、本発明に係るマニピュレータは、前記の操作機構を含む操作部と、前記操作部から延在する連結部と、前記連結部の先端に設けられ、前記入力手段の操作に基づいて、先端部の延在方向の軸線を中心として回動可能な回転機構を備える作業部とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、操作者が入力部材から指を離した状態では当該入力部材が確実に基準位置へと復帰するため、操作者は当該マニピュレータを用いて一層適切な手技を行うことが可能となる。

本発明によれば、入力部材がいずれの方向に移動された場合であっても、前記阻止部材の作用により、該入力部材にはいずれか一方のばね部材からの付勢力のみが作用すると共に、入力部材が基準位置付近にある状態でも該入力部材には十分な復帰力を作用させることができる。従って、例えば、入力部材と基体部材との間に摩擦抵抗等を生じている状態であっても当該入力部材を基準位置へと確実に戻すことができ、操作機構及び該操作機構を備えるマニピュレータの操作性を一層向上させることができる。

以下、本発明に係る操作機構及び該操作機構を備えるマニピュレータについて実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るマニピュレータ１０は、先端動作部１２に生体の一部又は湾曲針等を把持して所定の処置を行うための医療用であり、通常、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。

マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される基端部の操作指令部（操作機構）１４と、該操作指令部１４に対して着脱自在な作業部１６とを有する。

以下の説明では、図１における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向及び、連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載はマニピュレータ１０が基準姿勢（中立姿勢）である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。

作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、操作指令部１４のアクチュエータブロック３０に対して接続される接続部１５と、これらの先端動作部１２と接続部１５とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。作業部１６は、アクチュエータブロック３０における所定の操作によって操作指令部１４から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。

先端動作部１２及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、操作指令部１４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。

操作指令部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するブリッジ２８と、該ブリッジ２８の先端に接続されたアクチュエータブロック３０とを有する。

図２に示すように、操作指令部１４のグリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、該グリップハンドル２６の近傍には先端動作部１２の動作等に供される入力手段が設けられている。すなわち、このような入力手段として、グリップハンドル２６に近接したＺ１方向にトリガーレバー３２及びスイッチ３６が設けられ、Ｙ１方向に複合入力部（入力手段）３４及び作動スイッチ３５が設けられている。

作動スイッチ３５のＺ１方向でブリッジ２８の上面における視認しやすい箇所にはＬＥＤ（インジケータ）２９が設けられている。グリップハンドル２６の下端部には調圧機構として機能する複数の通気孔４１が設けられている。グリップハンドル２６の下端には、コントローラ４５に接続されるケーブル６２が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６２とはコネクタにより接続されていてもよい。

次に、マニピュレータ１０の先端動作部１２を動作させるための入力手段である操作指令部１４について説明する。

作動スイッチ３５は、マニピュレータ１０の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段である。ＬＥＤ２９は、マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。ＬＥＤ２９は、ブリッジ２８の上面における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、作動スイッチ３５と並んで配置されていることから、例えば、作動スイッチ３５によるＯＮ操作に同期して点灯等をするため、操作者は作動スイッチ３５の操作をしながらその入力状態をＬＥＤ２９により確実に認識することができる。

次に、トリガーレバー３２の構成及び作用について説明する。

図４に示すように、トリガーレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方でＺ１方向にやや突出したレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。

トリガーレバー３２は、グリップハンドル２６に対してアーム９８により接続されており、該グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。アーム９８はグリップハンドル２６内で図示しないセンサに接続されており、トリガーレバー３２の進退量が該センサによって計測されてコントローラ４５に供給される。トリガーレバー３２は、先端動作部１２のグリッパ６０（図２参照）の開閉指令を与える入力手段である。

すなわち、トリガーレバー３２は、指を当て、グリップハンドル２６の方向（つまり、Ｚ２方向）に向かって引き込む操作と、グリップハンドル２６からＺ１方向に押し出す操作とが可能に構成され、これにより、グリッパ６０へと開閉指令を与えることができる。

なお、トリガーレバー３２のＹ２方向に設けられたスイッチ３６は、オルタネート式であって、該スイッチ３６を操作することによりトリガーレバー３２により所定の開閉状態とされたグリッパ６０の状態、例えば、閉じ状態を保持しておくことができる。

次に、接続部１５及びアクチュエータブロック３０の構成及び作用について説明する。

図１及び図２に示すように、接続部１５は、樹脂のカバー３７に覆われており、従動回転するプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃを回転自在に保持している。プーリ５０ａ、プーリ５０ｂ及びプーリ５０ｃには、それぞれ図示しないワイヤが巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分を通って先端動作部１２まで延在している。

アクチュエータブロック３０には先端動作部１２が有する３自由度の機構に対応してモータ４０、モータ４２及びモータ４４が接続部１５の延在方向に沿って並列して設けられている。モータ４０、４２及び４４は、プーリ５０ａ、プーリ５０ｂ及びプーリ５０ｃに係合する。アクチュエータブロック３０は、操作指令部１４のＺ１方向端部の下方に設けられており、モータ４０、４２及び４４は、操作指令部１４若しくはトリガーレバー３２の操作に基づき、コントローラ４５の作用下に回転をする。

図２に示すように、アクチュエータブロック３０は、さらに作業部１６の接続部１５を保持する２つの独立した係合部２１０と、該接続部１５の位置決め機能及び保持機構を有する３本のアライメントピン２１２とを有する。

アライメントピン２１２は、接続部１５側に設けられた嵌合孔２０６に対向する位置で、例えば３本設けられ、それぞれＹ１方向に延在している。このように、アライメントピン２１２は３本設けられていることから、接続部１５は３点で支持され、簡便且つ確実に位置決めを行うことができる。

従って、接続部１５をアクチュエータブロック３０に接続する際には、３つの嵌合孔２０６にアライメントピン２１２が挿入されるようにしてＹ２方向に移動させる。これにより、係合部２１０が先端のテーパ形状によってやや外方向に押されて変位して、接続部１５側の係合片２０７に対して摺動した後、係合する。これにより、接続部１５をアクチュエータブロック３０に装着することができる。なお、接続部１５を取り外す際には、係合片２０７を開方向に操作して接続部１５をＹ１方向に持ち上げればよい。

次に、複合入力部３４の構成及び作用について説明する。

複合入力部３４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段である。

図３に示すように、複合入力部３４は、正面視で円形で、グリップハンドル２６の上端部とブリッジ２８との接続部の平面部（筐体部）３９に設けられており、図４から明らかなように、親指による操作が容易な位置に配置されている。

平面部３９は、複合入力部３４の径よりもやや大きい径の略円環形であり、複合入力部３４の操作をしないときには親指を当てておき、複合入力部３４に触れることなくグリップハンドル２６を確実に保持することができる。平面部３９及び複合入力部３４の表面部は、その法線がＺ２方向とＹ１方向の略中間の方向を指向しており、親指の腹部Ｔを自然に当てることができる。

図５は、複合入力部３４の分解斜視図である。

図５に示すように、複合入力部３４は、シャトルリング（入力部材、リング）１００と、略円筒形状のベース体（基体部材）１０２と、ゴムパッド１０４と、基板１０６と、Ｏリング１０８とを有する。以下、複合入力部３４の中心軸をＪとし、図５中の手前方向（図２では平面部３９表面から離間する方向）をＪ１方向、奥の方向をＪ２方向とする。シャトルリング１００はベース体１０２に対してＪ１方向から内腔部に挿入され、ゴムパッド１０４はＪ２方向から挿入される。

シャトルリング１００は、先端動作部１２に対してロール方向の回転指令を与える入力手段であり、シャトルリング１００の操作量が大きいほど、先端動作部１２の回転速度が速まるように設定されている。また、シャトルリング１００の非操作時には、先端動作部１２はロール方向に関して停止している。

図５及び図６に示すように、シャトルリング１００は、Ｊ１方向側面の左右対称位置に設けられたノブ（指当て部）１１０ａ、１１０ｂと、ノブ１１０ａ、１１０ｂに対応した左右対称位置で図５中のやや上方寄りに設けられた係合片１１２ａ、１１２ｂと、上下に設けられた切欠部１１３ａ、１１３ｂと、係合片１１２ａ、１１２ｂのＪ２方向側面から図５中の下方に突出した突起１１４ａ、１１４ｂとを有する。

シャトルリング１００は、リング幅が親指を当てるのに適した幅、例えば５ｍｍに設定されると共に、リング外径が、例えば３５ｍｍに設定されている。

ノブ１１０ａ、１１０ｂは、親指の腹部Ｔを当てるのに適するようにＪ１方向にやや膨出した形状であって、例えば、高さを１ｍｍ〜５ｍｍ、周方向長さを３ｍｍ〜１０ｍｍに設定するとよい。ノブ１１０ａ及びノブ１１０ｂは、軸Ｊを中心として左右対称の位置に設けられている。

係合片１１２ａ、１１２ｂは、突起１１４ａ、１１４ｂの反対側に傾斜面１１８を有すると共に、突起１１４ａ、１１４ｂの基端側には該突起１１４ａ、１１４ｂよりもＪ２方向に突出した面であるストッパ１１６を有する。

ベース体１０２には、Ｊ１方向の内腔部において上下に切欠部１１９ａ、１１９ｂが形成された内筒１２０と、係合片１１２ａ及び１１２ｂが挿通する孔１２３とが設けられている。従って、シャトルリング１００は、円弧状の案内部とし
て機能する内筒１２０の外周側の環状溝部及び孔１２３に沿って円滑に回転可能である。

シャトルリング１００を構成する係合片１１２ａ、１１２ｂのＪ２方向側面には、外側に向けて突出した係合フランジ１１５が設けられ、各係合フランジ１１５は孔１２３を通過してベース体１０２のＪ２方向側面に対し、周方向に移動自在に係合する。これにより、シャトルリング１００をベース体１０２に対して回動自在に保持することができる。

シャトルリング１００の動作範囲は、基準位置（中立位置、原点位置）を基準として、例えば±１０°に設定されている。シャトルリング１００の動作範囲は、操作性を考慮して（例えば、微妙な操作が可能なように）ある程度の移動距離を確保するとともに、無理なく操作可能なように腹部Ｔの動作範囲に収めることが好ましい。このような観点から、シャトルリング１００の動作範囲は±５°〜±２０°のいずれかに設定されているとよく、より好ましくは、±５°〜±１０°のいずれかに設定されているとよい。

また、図６に示すように、ベース体１０２のＪ２方向の面には、ばね（ばね部材）１２４ａ、１２４ｂ（図７及び図８参照）がそれぞれ配置される一対の溝部１２５が設けられている。溝部１２５は、その延在方向（周方向）の一端が壁部１２７により閉塞される一方、他端には前記係合片１１２ａ、１１２ｂが挿通自在な開口１２９を設けている。開口１２９は、該開口１２９からのばね１２４ａ、１２４ｂの伸長（離脱）を阻止する一対の阻止部材１３１が設けられることにより、ばね１２４ａ、１２４ｂの外径よりも狭幅に形成されている。

図７及び図８に示すように、ベース体１０２にシャトルリング１００を係合する場合には、ベース体１０２の溝部１２５にばね１２４ａ、１２４ｂを配置すると共に、係合フランジ１１５を介してシャトルリング１００をベース体１０２に係合させる。この際、突起１１４ａ及び１１４ｂがばね１２４ａ及び１２４ｂ内に挿通されると共に、ストッパ１１６とばね１２４ａ、１２４ｂの開口１２９側の端面とが対向した状態とされる。

すなわち、シャトルリング１００が基準位置（非操作位置）にある状態において、ばね１２４ａ、１２４ｂは溝部１２５内に、一端が壁部１２７を押圧し、他端が阻止部材１３１を押圧した所定の圧縮状態で挿入、配置されている。この基準位置でのばね１２４ａ及び１２４ｂの圧縮量は、図１５Ａ中に二点鎖線で示されるＬ２及びＬ１で示すことができ、この圧縮量での復帰力は図１５Ａ中の力Ｆｓで示すことができ、例えば、４Ｎの力で圧縮されている。これにより、非操作時において力Ｆｓより大きい摩擦力がなければ、シャトルリング１００が基準位置からほとんどずれることがない。一方、力Ｆｓより大きい力を与えなければシャトルリング１００が回転しないことから、操作時には適度な抵抗感（操作感）を得ることができ、又は不用意な操作を防止することができる。

従って、図９及び図１０に示すように、シャトルリング１００が正面視で時計方向となる矢印θ１方向（背面視である図９では反時計方向）に回動されることにより、ストッパ１１６が一方のばね１２４ｂを圧縮し、該ばね１２４ｂにはシャトルリング１００を矢印θ２方向に押し戻す復帰力Ｆ１が発生する。反対に、シャトルリング１００が正面視で反時計方向となる矢印θ２方向に回動されることにより、ストッパ１１６が他方のばね１２４ａを圧縮し、該ばね１２４ａにはシャトルリング１００を矢印θ１方向に押し戻す復帰力Ｆ２が発生する。

これにより、シャトルリング１００は、非操作時、ばね１２４ａとばね１２４ｂにより押し戻され（又は弾性力が平衡し）、シャトルリング１００は基準位置（図７に示す状態）に維持される。

ベース体１０２にシャトルリング１００を係合させる際、突起１１４ａ及び１１４ｂがばね１２４ａ及び１２４ｂ内に挿通されるため、ばね１２４ａ、１２４ｂをより安定した状態に保持しながらシャトルリング１００とベース体１０２とを組み付けることができ、組立性が向上すると共に、組み付け後にはばね１２４ａ、１２４ｂの脱落防止性を高めることができる。なお、突起１１４ａ、１１４ｂを省略し、ストッパ１１６のみでばね１２４ａ、１２４ｂを押すように構成してもよい。

また、図７に示すように、シャトルリング１００が基準位置では、ストッパ１１６とばね１２４ａ、１２４ｂの端面との間に狭い隙間が設けられ、いわゆる遊びを設けて操作性を向上させている。

図５に示すように、ベース体１０２にはＯリング１０８が当接して配置されるフランジ１２８が設けられている。

図５及び図１１に示すように、ゴムパッド１０４は、薄い円形シート１３０と、該円形シート１３０からＪ１方向に突出したパッド１３２と、円形シート１３０において左右対称に設けられ、Ｊ１方向に突出した受け突起１３４ａ及び１３４ｂとを有する。

パッド１３２は、先端動作部１２に対してヨー方向の傾動指令を与える入力手段であり、パッド１３２の操作量が大きいほど、先端動作部１２の傾動速度が速まるように設定されている。また、パッド１３２の非操作時には、先端動作部１２はヨー方向に関して停止している。パッド１３２は、正面視で上面及び下面が平行で左右両端が円弧形状の突起である。左右の円弧形状は、内筒１２０及びシャトルリング１００の内面に対応した径に設定されている（図３参照）。

図１１に示すように、パッド１３２は、Ｊ１方向側の略半分が中実であり、残余のＪ２方向側の略半分は、Ｊ２方向に向かう突起１３７が形成されており、該突起１３７の周囲には外壁との間に隙間が設けられている。突起１３７のＪ２方向の端面１３９は、円形シート１３０よりも僅かにＪ１寄りとなるように形成されており、基板１０６との間には狭い隙間が設けられている。

パッド１３２と円形シート１３０との接続部には、折り返し部１４２が設けられており、パッド１３２はＪ１方向の端面１３３を指で操作することにより、左右押し込み方向に容易に傾動可能である。また、パッド１３２は、非操作時には、折り返し部１４２の弾性力により基準位置に自動的に復帰可能である。

受け突起１３４ａ及び１３４ｂは、下方よりも上方が高い傾斜面１４１（図１３参照）を有する形状となっている。受け突起１３４ａ及び１３４ｂは、突起１１４ａ及び１１４ｂよりも僅かに上方に配置されており、基準位置で、各傾斜面１１８と各傾斜面１４１が対向している。

受け突起１３４ａ及び１３４ｂの裏面側には浅い凹部１４３ａ及び１４３ｂが設けられており、基板１０６との間には狭い隙間１４５が設けられている。

図５に示すように、基板１０６は六角形状であって、Ｊ１方向の面には、回動検出用第１感圧センサ１４４ａと、回動検出用第２感圧センサ１４４ｂと、傾動検出用第１感圧センサ１４６ａと、傾動検出用第２感圧センサ１４６ｂとが設けられている。これらの各センサ１４４ａ、１４４ｂ、１４６ａ、１４６ｂは、微細なプリントパターンにより形成されており、直接露呈されないように薄い樹脂シート１４８で覆われている。

各センサ１４４ａ、１４４ｂ、１４６ａ、１４６ｂは、シャトルリング１００の回動量及びパッド１３２の傾動量を検出可能なものであればよく、例えば抵抗式（コンダクティブプラスチック等）、半導体式、光学式等であってもよい。各センサ１４４ａ、１４４ｂ、１４６ａ、１４６ｂは必ずしも回動量及び傾動量を連続的に検出可能なものに限らず、オン・オフ式スイッチを用い、基準位置か又は回動（傾動）の方向のみ検出するようにしてもよい。

回動検出用第１感圧センサ１４４ａ及び回動検出用第２感圧センサ１４４ｂは、受け突起１３４ａ及び１３４ｂの裏面側（つまり、凹部１４３ａ及び１４３ｂ）に対向する位置に設けられている。傾動検出用第１感圧センサ１４６ａ及び傾動検出用第２感圧センサ１４６ｂは、パッド１３２の端面１３９における左部分及び右部分に対向する位置に設けられている。

基板１０６のＪ２方向の面には、各センサ１４４ａ、１４４ｂ、１４６ａ及び１４６ｂの検出信号を調整してコントローラ４５に供給するための複数の電子部品１４９（図１３参照）が表面実装されている。基板１０６には、コントローラ４５に接続するためのコネクタ１５０が設けられている。コネクタ１５０のＪ１方向にやや突出したターミナル端は、逃げ部１３６内に収まり、円形シート１３０を損傷することがない。

なお、ベース体１０２の各ビス孔１０３と、ゴムパッド１０４の各ビス孔１３８と、基板１０６の各ビス孔１５２とは対応する位置に設けられており、ビス１５４が挿通されることにより、ベース体１０２、円形シート１３０及び基板１０６を一体的に固定することができる。

図１１に示すように、パッド１３２による入力操作については、先ず、指をパッド１３２から離しているときには、該パッド１３２は前記の折り返し部１４２の弾性力により基準位置に復帰している。

図１２に示すように、親指の腹部Ｔを左部分に当てて押し下げてパッド１３２を左方向に傾動させる場合、突起１３７の端面１３９の左部分が基板１０６に当接し、傾動検出用第１感圧センサ１４６ａを押圧する。突起１３７は、前記左部分が押し下げられるほど傾動検出用第１感圧センサ１４６ａを強く押圧することから、該傾動検出用第１感圧センサ１４６ａの信号によりパッド１３２の傾動量を検出することができる。

逆に、パッド１３２の右部分を押し下げパッド１３２を右方向に傾動させる場合には、該右部分が傾動検出用第２感圧センサ１４６ｂを押圧することから、左方向の傾動と同様に傾動量の検出が可能である。

なお、図１１から理解可能なように、傾動検出用第１感圧センサ１４６ａと傾動検出用第２感圧センサ１４６ｂとは適度な距離だけ離間しており、しかも、パッド１３２が基準位置にあるときには端面１３９と基板１０６との間には狭い隙間が設けられている。

従って、パッド１３２が微小量傾動しても傾動検出用第１感圧センサ１４６ａ及び傾動検出用第２感圧センサ１４６ｂには押圧力が加わらず、基準位置を示す信号を出力し続けることになり、不感帯が存在することになる。これにより、端面１３３の中央の膨出部を意図せずに押し下げるような場合であっても、傾動検出用第１感圧センサ１４６ａと傾動検出用第２感圧センサ１４６ｂとの離間配置により、傾動検出用第１感圧センサ１４６ａ及び傾動検出用第２感圧センサ１４６ｂは基準位置を示す信号を出力し続ける。

図７及び図１３に示すように、シャトルリング１００による入力操作については、先ず、指をシャトルリング１００から離しているときには、該シャトルリング１００はばね１２４ａ、１２４ｂの弾性力により基準位置に復帰している。

図９、図１０及び図１４Ａに示すように、親指の腹部Ｔをノブ１１０ａに当てて押し出してシャトルリング１００を正面視で時計方向となる矢印θ１方向（背面視である図９では反時計方向）に回転させる場合、一方の係合片１１２ａの傾斜面１１８が傾斜面１４１に乗り上げながら受け突起１３４ａを押し倒すように変形させ、該受け突起１３４ａの裏面部が基板１０６に当接し、回動検出用第１感圧センサ１４４ａを押圧する。受け突起１３４ａは、突起１１４ａが押し出されるほど回動検出用第１感圧センサ１４４ａを強く押圧することから、該回動検出用第１感圧センサ１４４ａの信号によりシャトルリング１００の回動量を検出することができる。なお、指をノブ１１０ｂに当てて引き込むように操作することによってもシャトルリング１００は時計方向に回転し、同様の検出が可能である。

この際、図９、図１０及び図１４Ａに示すように、前記一方の係合片１１２ａ側では、ばね１２４ａは阻止部材１３１に当接して溝部１２５内に留まることになり、すなわち、ばね１２４ａは開口１２９を超えて伸長せず、ストッパ１１６とばね１２４ａとが離間した状態となる。

また、図９、図１０及び図１４Ｂに示すように、他方の係合片１１２ｂ側では、上記の回転操作に対応して、傾斜面１１８が傾斜面１４１から離間すると共に、ストッパ１１６が開口１２９を介して溝部１２５内に入り込み、ばね１２４ｂを圧縮する。

これに対して、ノブ１１０ｂを押し出し、又はノブ１１０ａを引き込み、シャトルリング１００を正面視で反時計方向となる矢印θ２方向（背面視である図７では時計方向）に回転させる場合には、係合片１１２ｂが受け突起１３４ｂを押し下げて、回動検出用第２感圧センサ１４４ｂを押圧することから、上記した矢印θ１方向への回転の場合同様に回動量の検出が可能である。

シャトルリング１００を所定の方向に回動させた後、ノブ１１０ａ又はノブ１１０ｂから指を離せば、該シャトルリング１００は圧縮された側のばね１２４ａ又はばね１２４ｂによる押し戻し作用（復帰力Ｆ２又はＦ１）により基準位置へと復帰される。

なお、図１３から理解可能なように、シャトルリング１００が基準位置にあるときには、傾斜面１１８と傾斜面１４１との間には狭い隙間が設けられるとともに、円形シート１３０と基板１０６との間には狭い隙間１４５が設けられている。したがって、シャトルリング１００が微小量回動しても回動検出用第１感圧センサ１４４ａ及び回動検出用第２感圧センサ１４４ｂには押圧力が加わらず、基準位置を示す信号を出力し続けることになり、不感帯が存在することになる。

ここで、上記のようなシャトルリング１００の基準位置への復帰動作について説明する。

図１５Ａは、シャトルリング１００が回動された際に、各ばね１２４ａ、１２４ｂから該シャトルリング１００へとそれぞれ作用する復帰力（戻力）の変化を示すグラフであり、図１５Ｂは、図１５Ａに示す状態において、両方のばね１２４ａ及び１２４ｂからシャトルリング１００へと作用する復帰力（戻力）の変化を示すグラフである。

この場合、図１５Ａ中の実線で示すＦ１は、ばね１２４ｂによる復帰力（つまり、ばね１２４ｂがシャトルリング１００により押圧され圧縮されることで蓄積される反発力）を示し、破線で示すＦ２は、ばね１２４ａによる復帰力を示している。また、図１５Ｂ中の一点鎖線で示すＦ０は、シャトルリング１００が回動された際、該シャトルリング１００に対して実際に作用する復帰力、すなわち、各回転位置に応じてシャトルリング１００に対して作用する復帰力Ｆ１及びＦ２の各値を差し引きした後の復帰力を示している。

本実施形態の場合、上記したように、ばね１２４ａ、１２４ｂが配置された溝部１２５の開口１２９側に阻止部材１３１を設け、ばね１２４ａ、１２４ｂが該開口１２９を超えて、すなわち溝部１２５外へと伸長しないように設定している。すなわち、ばね１２４ａ、１２４ｂは、溝部１２５内において圧縮は許容される一方、所定長（阻止部材１３１）を超えた伸長は規制され、該溝部１２５から外に出た位置でシャトルリング１００のストッパ１１６を押圧することはない。

従って、図９及び図１０に示すように、シャトルリング１００を矢印θ１方向に回転させると、図１５Ａ中に実線で示されるように他方のばね１２４ｂが圧縮されて復帰力Ｆ１が増加する。この際、一方のばね１２４ａは阻止部材１３１により伸長を阻止され、シャトルリング１００を押圧することができず、当該ばね１２４ｂの復帰力Ｆ２は基準位置のまま０（ゼロ）に保持されている。

例えば、シャトルリング１００が、図１５Ａ中に垂線で示すθ１方向回転角度Ａ１の位置まで回転された際には、シャトルリング１００には他方のばね１２４ｂの復帰力Ｆ１のみによる点Ｃ１に示す復帰力Ｆ０が作用している（図１５Ｂ参照）。

一方、図９及び図１０に示す状態とは逆に、シャトルリング１００を矢印θ２方向に回転させた場合には、図１５Ａ中に破線で示されるように一方のばね１２４ａが圧縮されて復帰力Ｆ２が増加する。この際、他方のばね１２４ｂは阻止部材１３１により伸長を阻止され、シャトルリング１００を押圧することができず、当該ばね１２４ｂの復帰力Ｆ１は基準位置のまま０（ゼロ）に保持されている。

例えば、シャトルリング１００が、図１５Ａ中に垂線で示すθ２方向回転角度Ａ２の位置まで回転された際には、シャトルリング１００には一方のばね１２４ａの復帰力Ｆ２のみによる点Ｃ２に示す復帰力Ｆ０が作用している（図１５Ｂ参照）。

従って、シャトルリング１００に作用する復帰力Ｆ０は、各回転方向において、ばね１２４ａ又は１２４ｂのいずれか一方からの復帰力Ｆ２又はＦ１のみによるものであり、各復帰力Ｆ１、Ｆ２は阻止部材１３１の作用により、互いに基準位置を超えてシャトルリング１００に作用することがなく、基準位置付近であっても、シャトルリング１００には十分な復帰力Ｆ０が作用していることになる。

このため、シャトルリング１００がどちらの方向に回転された場合であっても、操作者が指を離した際には、ばね１２４ａ又は１２４ｂのいずれか一方から受ける復帰力Ｆ２又はＦ１によってシャトルリング１００を基準位置へと確実に且つ迅速に復帰させることができる。しかも、基準位置付近においても、シャトルリング１００には十分な復帰力Ｆ０が作用していることから、シャトルリング１００とベース体１０２との間に摩擦抵抗（摺動抵抗）を生じているような状態であっても、確実に基準位置へと戻すことができる。このようなシャトルリング１００とベース体１０２との間に摩擦抵抗としては、例えば、係合片１１２ａ、１１２ｂの傾斜面１１８と受け突起１３４ａ、１３４ｂの傾斜面１４１との間の摩擦抵抗や、係合片１１２ａ、１１２ｂと孔１２３との間の摩擦抵抗等が挙げられる。

以上のように、本実施形態によれば、上記した阻止部材１３１を設けたことにより、ばね１２４ａ、１２４ｂが溝部１２５を超えてシャトルリング１００を押圧することを阻止し、特に、基準位置付近において復帰力Ｆ０が所定の力を有することになる。

そこで、次に、参考例として阻止部材１３１を設けない状態でのシャトルリング１００の復帰力の変化につき、図１６、図１７及び図１８を参照して説明する。

図１６は、複合入力部３４の参考例に係る複合入力部２００を構成するシャトルリング２０２及びベース体２０４を組み付けた状態での基準位置を示す背面図である。図１７は、図１６に示すシャトルリング２０２をθ１方向に回転させた状態を示す背面図である。複合入力部２００は、上記した複合入力部３４に対して阻止部材１３１を有していない点のみが相違している。

図１８は、図１６に示すシャトルリング２０２が回動された場合に、該シャトルリング２０２へと作用する復帰力（戻力）の変化を示すグラフである。図１７中の実線で示すＦ１１は、一方のばね１２４ａによる復帰力（つまり、ばね１２４ａがシャトルリング２０２により押圧され圧縮されることで蓄積される反発力）を示し、破線で示すＦ１２は、他方のばね１２４ｂによる復帰力を示し、一点鎖線で示すＦ１０は、シャトルリング２０２の各回転位置に応じて作用する復帰力Ｆ１１及びＦ１２の各値を差し引きした後の復帰力を示している。つまり、Ｆ１０が前記Ｆ０に対応し、Ｆ１１が前記Ｆ１に対応し、Ｆ１２が前記Ｆ２に対応するものである。

この場合、図１７に示すように、シャトルリング２０２を矢印θ１方向に回転させると、図１８中に実線で示されるように他方のばね１２４ｂが圧縮されて復帰力Ｆ１１が増加する。この際、一方のばね１２４ａは溝部１２５を超えてストッパ１１６を押圧し、図１８中に破線で示されるようにシャトルリング２０２に対して前記復帰力Ｆ１１とは反対方向の復帰力Ｆ１２を発生する。

例えば、シャトルリング２０２が、図１８中に垂線で示すθ１方向回転角度Ａ１の位置まで回転された際には、シャトルリング２０２には、点Ｂ１に示すばね１２４ｂの復帰力Ｆ１１から点Ｄ１に示すばね１２４ａの復帰力Ｆ１２を差し引いた点Ｃ１に示す復帰力Ｆ１０が作用している。

一方、図１７に示す状態とは逆に、シャトルリング２０２を矢印θ２方向に回転させた場合には、図１８中に破線で示されるように一方のばね１２４ａの復帰力Ｆ１２が増加する。この際、他方のばね１２４ｂは溝部１２５を超えてストッパ１１６を押圧し、図１８中に実線で示されるようにシャトルリング２０２に対して前記復帰力Ｆ１２とは反対方向の復帰力Ｆ１１を発生する。

例えば、シャトルリング２０２が、図１８中に垂線で示すθ２方向回転角度Ａ２の位置まで回転された際には、シャトルリング２０２には、点Ｂ２に示すばね１２４ａの復帰力Ｆ１２から点Ｄ２に示すばね１２４ｂの復帰力Ｆ１１を差し引いた点Ｃ２に示す復帰力Ｆ１０が作用している。

従って、シャトルリング２０２に作用する復帰力Ｆ１０は、各回転方向において、ばね１２４ａ及び１２４ｂからの復帰力Ｆ１２及びＦ１１の差し引き後の値となり、基準位置付近においては、当該シャトルリング２０２に作用する復帰力Ｆ１０は略０（ゼロ）となっている。しかも、各点Ｃ１、Ｃ２に示される復帰力Ｆ１０は、図１５Ｂにおける各点Ｃ１、Ｃ２に示される復帰力Ｆ０よりも小さい値となっている。

このため、当該参考例に係るシャトルリング２０２の場合、シャトルリング２０２がどちらの方向に回転された場合であっても、操作者が指を離した際には、ばね１２４ａ及び１２４ｂの値を差し引いた復帰力Ｆ１０によりシャトルリング２０２を基準位置へと復帰させることになるため、該復帰力Ｆ１０は上記した復帰力Ｆ０よりも小さく、その力は弱いものとなる。しかも、基準位置付近においては、復帰力Ｆ１０がほとんど作用しないことから、シャトルリング２０２とベース体２０４との間に上記した摩擦抵抗（摺動抵抗）を生じている場合には、シャトルリング２０２が基準位置へと完全には戻りきらない可能性がある。

以上のように、本実施形態に係るマニピュレータ１０によれば、複合入力部３４を構成する溝部１２５の開口１２９側に阻止部材１３１を設けたことにより、シャトルリング１００がどちらの方向に回転された場合であっても、操作者が指を離した際には、ばね１２４ａ又は１２４ｂのいずれか一方から受ける復帰力Ｆ２又はＦ１によってシャトルリング１００を基準位置へと確実に且つ迅速に復帰させることができる。しかも、基準位置付近においても、シャトルリング１００には十分な復帰力Ｆ０が作用していることから、シャトルリング１００とベース体１０２との間に摩擦抵抗を生じているような状態であっても、確実に基準位置へと戻すことができ、操作性を一層向上させることができる。すなわち、操作者がシャトルリング１００から指を離した状態では当該シャトルリング１００が確実に基準位置へと復帰するため、操作者は当該マニピュレータ１０を用いて一層適切な手技を行うことが可能となり、特に、指を離した後の手技を行う際にも一層適切な手技を施すことが可能となる。

この場合、阻止部材１３１としては、シャトルリング１００の回転により圧縮される側とは反対側のばね１２４ａ（１２４ｂ）がシャトルリング１００を押圧することを阻止することができるものであればよい。

従って、図１９に示すように、例えば、複合入力部３４は、ベース体１０２に代えて阻止部材１３１を有しないベース体１０２ａにすると共に、該ベース体１０２ａの背面側の略半周を環状に塞ぐ阻止部材１３１ａを設けた複合入力部３４ａとして構成することもできる。

なお、上記した操作機構を構成する複合入力部３４、３４ａでは、ベース体１０２に対してシャトルリング１００を回転させる回転式の入力手段として説明したが、これに限らず、例えば、直線方向の二方向に移動自在な入力部材の両端部側にばね及び阻止部材を設けた溝部を設けてもよい。要は、ベース体１０２等の基体部材に対して相対的に、基準位置から直線又は曲線に沿うニ方向に移動自在な入力部材の両端側をばね部材で支持すると共に、該ばね部材が基準位置を超えて伸長し、入力部材を押圧しないように構成したものであればよい。

また、本実施形態に係る操作機構であるシャトルリング、ベース体、阻止部材及びばね等はマニピュレータ以外、例えば、電子機器等にも適用可能である。

本発明に係る操作機構及び該操作機構を備えるマニピュレータは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るマニピュレータの斜視図である。 作業部と操作指令部とを分離したマニピュレータの側面図である。 複合入力部の表面部を示す図である。 本実施の形態に係る操作機構としての操作指令部の斜視図である。 複合入力部の分解斜視図である。 シャトルリング及びベース体の分解斜視図である。 基準位置での複合入力部の背面図である。 図７に示す状態でのばね及びその周辺部を拡大した背面図である。 図７に示す状態からシャトルリングをθ１方向に回転させた状態での複合入力部の背面図である。 図９に示す状態でのばね及びその周辺部を拡大した背面図である。 基準位置でのゴムパッド及びその周辺部の断面側面図である。 パッドを操作した状態でのゴムパッド及びその周辺部の断面側面図である。 基準位置でのシャトルリング及びその周辺部の断面側面図である。 図１４Ａは、ノブを操作した状態での一方の係合片側におけるシャトルリング及びその周辺部の断面側面図であり、図１４Ｂは、図１４Ａに示す状態での他方の係合片側におけるシャトルリング及びその周辺部の断面側面図である。 図１５Ａは、シャトルリングが回動された際に、各ばねから該シャトルリングへとそれぞれ作用する復帰力の変化を示すグラフであり、図１５Ｂは、図１５Ａに示す状態において、両方のばねからシャトルリングへと作用する復帰力の変化を示すグラフである。 参考例に係る複合入力部を構成するシャトルリング及びベース体を組み付けた状態での基準位置を示す背面図である。 図１６に示すシャトルリングをθ１方向に回転させた状態を示す背面図である 図１６に示すシャトルリングが回動された場合に、該シャトルリングへと作用する復帰力の変化を示すグラフである。 変形例に係る複合入力部の背面図である。

符号の説明

１０…マニピュレータ １２…先端動作部
１４…操作指令部 １６…作業部
２６…グリップハンドル ３２…トリガーレバー
３４、３４ａ、２００…複合入力部 ３５…作動スイッチ
３６…スイッチ ３９…平面部
４８…連結シャフト ６０…グリッパ
１００、２０２…シャトルリング １０２、１０２ａ、２０４…ベース体
１０４…ゴムパッド １０６…基板
１１０ａ、１１０ｂ…ノブ １１２ａ、１１２ｂ…係合片
１１４ａ、１１４ｂ…突起 １１６…ストッパ面
１１８、１４１…傾斜面 １２３…孔
１２４ａ、１２４ｂ…ばね １２５…溝部
１２７…壁部 １２９…開口
１３１、１３１ａ…阻止部材 １３４ａ、１３４ｂ…受け突起

Claims (4)

1. 人手によって把持されるグリップハンドルと、
   前記グリップハンドルが固定された筐体部に設けられ、指で基準位置から直線又は曲線に沿う二方向に移動させることで入力操作を行う入力手段と、
   を備える操作機構であって、
   前記入力手段は、前記筐体部に固定された基体部材と、
   前記基体部材に対して相対的に前記二方向に移動自在に係合される入力部材と、
   前記入力部材の各移動方向外側の端部に対応してそれぞれ設けられ、前記入力部材が各移動方向に移動されると、該入力部材を前記基準位置の方向へと付勢する一対のばね部材と、
   前記基体部材に設けられ、前記入力部材が移動されることにより一方の前記ばね部材が圧縮された状態で、該入力部材への他方の前記ばね部材からの付勢を阻止する阻止部材と、
   を有することを特徴とする操作機構。
2. 請求項１記載の操作機構において、
   前記入力部材は、前記基体部材に設けられた円弧状の案内部に沿って回転自在なリングであることを特徴とする操作機構。
3. 請求項１又は２記載の操作機構において、
   前記基体部材には、一端が閉塞されると共に、他端には前記入力部材が挿通自在な開口が設けられ、前記ばね部材が配置される一対の溝部が設けられ、
   前記阻止部材は、前記開口の一部を塞ぐことにより前記ばね部材が前記溝部外へと伸長することを防止すると共に、前記入力手段が前記基準位置である場合に、前記ばね部材が前記溝部内で所定の圧縮状態となるように保持していることを特徴とする操作機構。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の操作機構を含む操作部と、
   前記操作部から延在する連結部と、
   前記連結部の先端に設けられ、前記入力手段の操作に基づいて、先端部の延在方向の軸線を中心として回動可能な回転機構を備える作業部と、
   を備えることを特徴とするマニピュレータ。

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