JPH07227783A - 多方向制御ジョイスティック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置制御モードと速度制御モードと間での切
り換え時における暴走状態の発生を防止する。 【構成】 ジョイスティックは、操作杆と、Ｘ，Ｙ軸方
向検出部と、制御信号発生手段と、押しボタンスイッチ
とを備えている。操作杆は、基部を中心に任意の方向に
揺動可能である。Ｘ，Ｙ軸方向検出部は、操作杆の傾斜
角度及び中立点を検出する。制御信号発生手段は、検出
部の検出結果に基づいて位置制御信号又は速度制御信号
を出力する。押しボタンスイッチが押されていない間
は、位置制御信号を出力する位置制御モードである。ま
た、押しボタンスイッチが押されると、速度制御信号を
出力する速度制御モードとなるが、この切り換えは検出
部が操作杆の中立を検出して初めて実行される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多方向制御ジョイステ
ィック、特に、基部を中心に任意の方向に揺動可能な操
作杆を有する多方向制御ジョイスティックに関する。

【０００２】

【従来の技術】ジョイスティック（多方向制御スイッチ
の一例）が、微細な細胞を取り扱うマイクロマニピュレ
ータ、工業材料等から微細な異物を取り出すマイクロサ
ンプリングを行うマニピュレータ等の操作手段として利
用されている。たとえば細胞にＤＮＡ溶液の注入処理を
施す場合、一方に微小針をまた他方に捕捉針を配置した
マイクロマニピュレータと、その操作内容を観察するた
めの顕微鏡等を備えたマイクロマニピュレータシステム
が用いられる。一般的なマイクロマニピュレータシステ
ムでは、顕微鏡視野内で微小針や捕捉針等の微小器具を
操作してその映像をＣＲＴディスプレイ等に表示し、表
示内容を観察しながらシャーレ等の容器内に入れられた
細胞等の微小試料に所定の処理を施すようになってい
る。この種のマイクロマニピュレータシステムでは、操
作パネル上に立設されたＸ，Ｙ軸用のジョイスティック
と、前記操作パネル上に設けられたＺ軸用の回転ダイヤ
ル等を操作者が両手で操作して、空間の３軸方向（Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸方向）にマイクロマニピュレータを動作させ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】マイクロマニピュレー
タとして一般的なフリクション式のものを用い、マイク
ロマニピュレータの移動モードとして、ジョイスティッ
クの操作杆の傾斜量に応じた速度でアクチュエータが駆
動される速度制御モードと、操作杆の傾斜量に応じた距
離だけアクチュエータが駆動される位置制御モードとを
設け、両制御モード間の切り換えを、操作パネル上に設
けられた切り換えスイッチにより行なうことが考えられ
る。

【０００４】しかしその構成において、ジョイスティッ
クを傾斜させた状態で位置制御モードから速度制御モー
ドへと切り換えると、操作者の意図とは無関係に自動的
にマイクロマニピュレータのアーム部が移動を開始して
しまう（暴走状態になってしまう）。本発明の目的は、
位置制御モードと速度制御モードと間での切り換え時に
おける暴走状態の発生を防止することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る多方向制御
ジョイスティックは、操作杆と、検出手段と、第１制御
信号発生手段と、第２制御信号発生手段と、受付手段
と、第１切り換え手段と、第２切り換え手段とを備えて
いる。前記操作杆は、基部を中心に任意の方向に揺動可
能である。前記検出手段は、操作杆の傾斜角度及び中立
点を検出する。前記第１制御信号発生手段は、検出手段
の検出結果に基づいて位置制御信号を出力する。前記第
２制御信号発生手段は、検出手段の検出結果に基づいて
速度制御信号を出力する。前記受付手段は、第１及び第
２制御信号発生手段の間で機能する方を切り換えるため
の切り換え指令を受け付ける。前記第１切り換え手段
は、第１制御信号発生手段の機能中に受付手段が切り換
え指令を受け付け、かつ検出手段が操作杆の中立を検出
したとき、第２制御信号発生手段へと機能する方を切り
換える。前記第２切り換え手段は、第２制御信号発生手
段の機能中に受付手段が切り換え指令を受け付けたと
き、第１制御信号発生手段へと機能する方を切り換え
る。

【０００６】なお、操作杆に回動可能に取り付けられた
回転つまみと、回転つまみの回転角度及び中立点を検出
する回転検出手段とをさらに備え；前記第１制御信号発
生手段が、回転検出手段の検出結果に基づいても位置制
御信号を出力し；前記第２制御信号発生手段が、回転検
出手段の検出結果に基づいても速度制御信号を出力し；
前記第１切り換え手段が、第１制御信号発生手段の機能
中に受付手段が切り換え指令を受け付け、かつ回転検出
手段が前記回転つまみの中立を検出したとき、第２制御
信号発生手段へと機能する方を切り換え；前記第２切り
換え手段が、第２制御信号発生手段の機能中に受付手段
が切り換え指令を受け付けたとき、第１制御信号発生手
段へと機能する方を切り換えるのが好ましい。

【０００７】また、受付手段が操作杆に設けられている
のが好ましい。さらに、受付手段が、操作杆の先端に設
けられた押しボタンを有するのが好ましい。この多方向
制御ジョイスティックは、両手用の１対のジョイスティ
ックであることが好ましい。また、マイクロマニピュレ
ータを操作するためのジョイスティックであることが好
ましい。

【０００８】

【作用】本発明に係る多方向制御ジョイスティックで
は、検出手段が、操作杆の傾斜角度及び中立点を検出す
る。そして、検出手段の検出結果に基づいて、第１制御
信号発生手段が位置制御信号を出力し、又は前記第２制
御信号発生手段が速度制御信号を出力する。一方、受付
手段が、第１及び第２制御信号発生手段の間で機能する
方を切り換えるための切り換え指令を受け付ける。第１
制御信号発生手段の機能中に受付手段が切り換え指令を
受け付け、かつ検出手段が操作杆の中立を検出したとき
には、前記第１切り換え手段が、第２制御信号発生手段
へと機能する方を切り換える。又、第２制御信号発生手
段の機能中に受付手段が切り換え指令を受け付けたとき
には、前記第２切り換え手段が、第１制御信号発生手段
へと機能する方を切り換える。

【０００９】ここでは、第１制御信号発生手段の機能中
に受付手段が切り換え指令を受け付けただけではなく、
検出手段が操作杆の中立を検出して初めて、第２制御信
号発生手段へと機能する方が切り換えられるので、位置
制御モードと速度制御モードと間での切り換え時におけ
る暴走状態の発生が防止される。なお、操作杆に回動可
能に取り付けられた回転つまみと、回転つまみの回転角
度及び中立点を検出する回転検出手段とをさらに備え；
前記第１制御信号発生手段が、回転検出手段の検出結果
に基づいても位置制御信号を出力し；前記第２制御信号
発生手段が、回転検出手段の検出結果に基づいても速度
制御信号を出力し；前記第１切り換え手段が、第１制御
信号発生手段の機能中に受付手段が切り換え指令を受け
付け、かつ回転検出手段が前記回転つまみの中立を検出
したとき、第２制御信号発生手段へと機能する方を切り
換え；前記第２切り換え手段が、第２制御信号発生手段
の機能中に受付手段が切り換え指令を受け付けたとき、
第１制御信号発生手段へと機能する方を切り換える場合
には、さらに前記作用が顕著になる。

【００１０】また、受付手段が操作杆に設けられている
場合には、操作性が高い。さらに、受付手段が、操作杆
の先端に設けられた押しボタンを有する場合には、操作
性がさらに高くなる。この多方向制御ジョイスティック
が、両手用の１対のジョイスティックである場合には、
前記作用がより有効である。また、マイクロマニピュレ
ータを操作するためのジョイスティックである場合に
は、さらに有効である。

【００１１】

【実施例】マイクロマニピュレータシステム 本発明の一実施例を採用したマイクロマニピュレータシ
ステムを示す図１において、このマイクロマニピュレー
タシステムは、ベース１と、ベース１に載置された顕微
鏡２と、顕微鏡２の両側方に配置された１対のマイクロ
マニピュレータ３，４と、顕微鏡２及びマイクロマニピ
ュレータ３，４を制御するための制御装置５とを有して
いる。

【００１２】顕微鏡２は、その中央部に操作台６を有し
ており、操作台６には細胞等の微小試料が収容されるシ
ャーレ７が配置されている。操作台６の下方には対物レ
ンズ（図示せず）が配置されており、対物レンズの下端
部にはＴＶカメラ９が接続されている。操作台６は、図
示しない駆動機構によって水平方向（Ｘ，Ｙ軸方向）及
び上下方向（Ｚ軸方向）に駆動され得る。

【００１３】マイクロマニピュレータ３，４は、台１
０，１１と、台１０，１１上に取り付けられた駆動部１
２，１３とを主に有している。駆動部１２，１３は、そ
れぞれＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に１μｍ単位の動きを行い得
る。駆動部１２，１３の顕微鏡２側端部には、駆動部１
２，１３により駆動されるアーム１６，１７が設けられ
ている。アーム１６，１７には、試料に対して処理を施
すためのプローブ等の微小器具１８，１９が取り付けら
れている。

【００１４】制御装置５は、モニタ２４と、操作パネル
２５と、制御ユニット２６とを主に有している。操作パ
ネル２５には、２つのマイクロマニピュレータ３，４を
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に別々に操作するジョイスティック２
７，２８、及び各種キーを含むキー群３３が設けられて
いる。制御ユニット２６は、図２に示すように、ＲＡ
Ｍ，ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータからなる制御
部４０を含んでいる。制御部４０には、ＴＶカメラ９、
操作パネル２５、マイクロマニピュレータ３，４を３軸
方向で駆動するための駆動部４１，４２、各種の設定値
等を記憶するためのメモリ４３、及びＴＶカメラ９の撮
像画像を表示するためのモニタ２４が接続されている。

【００１５】次に、制御ユニット２６の制御機能を図３
の制御フローチャートにしたがって説明する。まず、図
３のステップＳ１で初期設定を行う。ここではたとえ
ば、駆動部１２，１３を初期位置にセットする。ステッ
プＳ２ではジョイスティック２７，２８のいずれかが操
作されたか否かを判断する。ジョイスティック２７，２
８が操作されない間は、そのままステップＳ６に移行し
て一般的処理を実行する。

【００１６】ステップＳ２において、ジョイスティック
２７，２８のいずれかが操作されたと判断すると、ステ
ップＳ３に移行する。なお、ステップＳ２では、後述す
るジョイスティック２７，２８からの制御信号の有無に
より、ジョイスティック２７，２８が操作されたか否か
を判断する。ステップＳ３では、ジョイスティック２
７，２８の動作モードが位置制御モードであるか速度制
御モードであるかを判断する。ここでは、後述するジョ
イスティック２７，２８からのモード信号により、制御
信号が位置制御信号か速度制御信号かを判断する。動作
モードが位置制御モードであると判断すると、ステップ
Ｓ４に移行する。ステップＳ４では、操作されたジョイ
スティック２７，２８の操作方向に応じて、駆動部１
２，１３をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に位置制御駆動する。ま
た、ステップＳ３において速度制御モードであると判断
した場合には、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５
では、駆動部１２，１３をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に速度制御
駆動する。

【００１７】ジョイスティック ジョイスティック２７，２８は図４及び図５に示すよう
な構成である。支持部５０は操作パネル２５に取り付け
られている。支持部５０には球体５１が回転可能に保持
されている。球体５１の上端には、操作杆５３を構成す
る棒状部５２が立設されている。棒状部５２の上部には
把持部５４が取り付けられている。把持部５４の上端部
には、回転つまみ５５と押しボタンスイッチ５６とが設
けられている。支持部５０の内部には操作杆５３の傾動
角度を検出するためのＸ軸方向検出部５７及びＹ軸方向
検出部５８が設けられている。このＸ軸方向検出部５７
及びＹ軸方向検出部５８は、球体５１を中心とする操作
杆５３のＸ軸方向及びＹ軸方向の回転角度を検出するポ
テンショメーター等で構成される。回転つまみ５５の回
転角度はＺ軸方向検出部５９によって検出される。Ｚ軸
方向検出部５９は、把持部５４の内部に配置され、回転
つまみ５５の回転角に応じて検出信号を出力するポテン
ショメーターまたはロータリーエンコーダ等で構成され
る。

【００１８】図４のジョイスティック２７において、支
持部５０に対し球体５１は摩擦力により保持されてい
る。操作杆５３が傾斜させられると、この摩擦力によっ
て、その傾斜姿勢が維持される。また回転つまみ５５と
把持部５４の間にも摩擦力が介在しており、回転つまみ
５５が操作された際にも、この摩擦力が操作位置を保持
する。

【００１９】Ｘ軸方向検出部５７、Ｙ軸方向検出部５
８、Ｚ軸方向検出部５９及び押しボタンスイッチ５６の
出力は、制御信号発生手段６０に入力される。制御信号
発生手段６０は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュー
タを含んでおり、Ｘ軸方向検出部５７、Ｙ軸方向検出部
５８及びＺ軸方向検出部５９の信号を、それぞれＸ，
Ｙ，Ｚ軸方向の制御信号に変換して出力する。また、押
しボタンスイッチ５６の操作に応じて、出力する制御信
号が位置制御信号であるか速度制御信号であるかを区別
するモード信号を出力する。さらに、制御信号発生手段
６０は、操作杆５３が中立点に戻ったことを示すＸＹ軸
中立点フラグ及び回転つまみ５５が中立点に戻ったこと
を示すＺ軸中立点フラグを有している。

【００２０】ジョイスティック２７の制御信号出力の制
御フローチャートを図６に示す。ステップＳ１１では、
押しボタンスイッチ５６が押圧されているか否かを判断
する。押しボタンスイッチ５６が押圧されていると判断
した場合には、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ
１２では、ＸＹ軸中立点フラグが「０」であるか「１」
であるかを判断する。ステップＳ１２において、ＸＹ軸
中立点フラグが「０」であると判断した場合には、ステ
ップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、操作杆５
３がＸＹ軸中立点であるか否かを判断する。ここで、操
作杆５３がＸＹ軸中立点に位置していると判断した場合
には、ステップＳ１４に移行し、ＸＹ軸中立点フラグに
「１」をたてる。この後ステップＳ１５に移行して、Ｘ
軸方向検出部５７及びＹ軸方向検出部５８からの入力信
号に基づいてＸ，Ｙ軸方向の制御信号を速度制御信号と
して出力する。このとき同時に速度制御モードを示すモ
ード信号を出力する。

【００２１】ステップＳ１２において、ＸＹ軸中立点フ
ラグが「１」の場合にはステップＳ１５に移行する。ま
たステップＳ１３において、操作杆５３がＸＹ軸中立点
にないと判断した場合には、ステップＳ１６に移行して
ＸＹ軸方向の制御信号の出力を停止する。ステップＳ１
５及びステップＳ１６からはステップＳ１７に移行す
る。ステップＳ１７では、Ｚ軸中立点フラグが「０」で
あるか「１」であるかを判断する。ここでＺ軸中立点フ
ラグが「０」であると判断した場合には、ステップＳ１
８に移行する。ステップＳ１８では、回転つまみ５５
が、Ｚ軸中立点にあるか否かを判断する。ここで、回転
つまみ５５がＺ軸中立点であることを検出した場合に
は、ステップＳ１９に移行する。ステップＳ１９では、
Ｚ軸中立点フラグに「１」をたてる。次いでステップＳ
２０に移行して、Ｚ軸方向の制御信号を速度制御信号と
して出力する。

【００２２】ステップＳ１７においてＺ軸中立点フラグ
が「１」であると判断した場合にはステップＳ２０に移
行してＺ軸方向の制御信号を速度制御信号として出力す
る。また、ステップＳ１８において回転つまみ５５がＺ
軸中立点にないことを検出した場合にはステップＳ２１
に移行してＺ軸方向の制御出力信号を停止する。ステッ
プＳ１１において、押しボタンスイッチ５６が押圧され
ていないときには、ステップＳ２２に移行する。ステッ
プＳ２２では、ＸＹ軸中立点フラグ及びＺ軸中立点フラ
グを「０」にする。この後ステップＳ２３に移行して、
出力制御信号を位置制御信号として出力する。このとき
同時に、位置制御モードであることを示すモード信号を
出力する。

【００２３】ステップＳ２０、ステップＳ２１及びステ
ップＳ２３の終了後はステップＳ１１に戻り、上述の動
作を繰り返す。使用例 上述の実施例の使用例を以下に説明する。シャーレ７内
の試料はＴＶカメラ９で撮影されてモニタ２４に映し出
される。操作者は、モニタ２４を見ながら、操作パネル
２５の各種キー群３３及びジョイスティック２７，２８
を操作し、両マイクロマニピュレータ３，４を駆動し
て、微小器具１８，１９による細胞処理を行う。この処
理操作において両ジョイスティック２８，２８は、操作
者がそれぞれ左右の手で握ることで操作される。

【００２４】両ジョイスティック２７，２８の動作は同
一であるので、以下、ジョイスティック２７に関して説
明する。操作者は、把持部５４を右手で持って操作を行
う。押しボタン５６を押さなければ、それは位置制御モ
ードの指定を意味し、中立点フラグは「０」である（ス
テップＳ２２）。したがって、制御信号発生手段６０
は、操作杆５３及び回転つまみ５５の現在位置からの操
作量にしたがって位置制御信号を出力する（ステップＳ
２３）。マイクロマニピュレータ３では、この制御信号
発生手段６０の出力する位置制御信号に基づいて、粗動
部１２及び微動部１４が駆動されて動作を行う。

【００２５】マイクロマニピュレータ３の操作を速度制
御によって行ないたい場合には、操作杆５３の頭部に設
けられた押しボタンスイッチ５６を押す。ただし、ジョ
イスティック２７が中立点に位置されるまでは、速度制
御は開始されない（ステップＳ１３及びステップＳ１
８）。これにより、位置制御モードから速度制御モード
への切り換え時における暴走状態の発生が防止される。

【００２６】押しボタンスイッチ５６を押圧しながら操
作杆５３を中立位置に動かすと、中立点フラグが「１」
になり（ステップＳ１４）、ＸＹ軸方向に関し速度制御
モードになる（ステップＳ１５）。これ以後は、押しボ
タンスイッチ５６の押下を維持しつつづける限り、速度
制御モードが維持される。速度制御モードにおいては、
操作杆５３を所望の方向に傾動させれば、操作杆５３の
傾動角度に応じた速度制御信号が制御信号発生手段６０
から出力され、速度制御信号に応じた速度でマイクロマ
ニピュレータ３がＸＹ軸方向に動作する。

【００２７】一方、押しボタンスイッチ５６を押圧しな
がら回転つまみ５５を中立位置に復帰させると、Ｚ軸方
向について中立点フラグが「１」になり（ステップＳ１
９）、速度制御モードになる（ステップＳ２０）。これ
以後は、押しボタンスイッチ５６の押下を維持しつつづ
ける限り、速度制御モードが維持される。速度制御モー
ドにおいては、回転つまみ５５を回転させれば、この回
転角度に応じたＺ軸方向の速度制御信号が制御信号発生
手段６０から出力され、速度制御信号に応じた速度でマ
イクロマニピュレータ３がＺ軸方向に動作する。

【００２８】押しボタンスイッチ５６の押圧が解除され
ると、速度制御モードから位置制御モードに戻る（ステ
ップＳ２２及びステップＳ２３）。上述した実施例で
は、１本のジョイスティック２７（２８）を用いて、３
次元方向の制御を行うことが可能であり、かつ位置制御
信号及び速度制御信号の出力の切り換えも可能である。
また、位置制御モードから速度制御モードに切り換える
際には、中立点復帰の検出を条件にしているので、暴走
が確実に防止される。さらに、操作杆５３及び回転つま
み５５の操作位置を摩擦力によって保持するフリクショ
ン方式を用いているため、装置構成が簡単となり小型化
を図ることができる。 〔他の実施例〕 Ａ）上述の実施例において、押しボタンスイッチ５６を
操作杆５３の把持部５４の中間部に設けることも可能で
ある。 Ｂ）押しボタンスイッチ５６の押圧が解除された直後は
制御信号の出力を停止し、操作杆５３及び回転つまみ５
５が一旦中立点に復帰した後に、位置制御信号を出力す
るように構成することもできる。 Ｃ）操作杆５３として、フリクション方式及びスプリン
グリターン方式の切り替えが可能なものを採用すること
も可能である。そして、押しボタンスイッチ５６とし
て、押圧された状態でロック可能なものを採用してもよ
い。この場合には、押しボタンスイッチ５６を押圧して
ロックした時に操作杆５３がスプリングリターン方式に
なり、押しボタンスイッチ５６のロックを解除した時に
操作杆５３がフリクション方式になるように構成する。

【００２９】速度制御を行なう場合は、押しボタンスイ
ッチ５６を押圧してロックすれば、操作杆５３がスプリ
ングリターン方式に切り替わるため、ＸＹ軸方向の速度
制御操作は通常のスプリングリターン方式のジョイステ
ィックと同様に行なうことができる。また、位置制御を
行なう場合には、押しボタンスイッチ５６のロックを解
除する。 Ｄ）中立点の検出を、ソフトウェア的に行ってもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る多方向制御ジョイスティッ
クでは、第１制御信号発生手段の機能中に受付手段が切
り換え指令を受け付けただけではなく、検出手段が操作
杆の中立を検出して初めて、第２制御信号発生手段へと
機能する方が切り換えられるので、位置制御モードと速
度制御モードと間での切り換え時における暴走状態の発
生が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が採用されたマイクロマニピ
ュレータシステムの斜視図。

【図２】前記マイクロマニピュレータシステムの制御ブ
ロック図。

【図３】前記マイクロマニピュレータシステムの制御フ
ローチャート。

【図４】本発明の一実施例の斜視図。

【図５】前記実施例の制御ブロック図。

【図６】前記実施例の制御フローチャート。

【符号の説明】 ５３ 操作杆 ５５ 回転つまみ ５６ 押しボタンスイッチ ５７ Ｘ軸方向検出部 ５８ Ｙ軸方向検出部 ５９ Ｚ軸方向検出部 ６０ 制御信号発生手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基部を中心に任意の方向に揺動可能な操作
   杆と、 前記操作杆の傾斜角度及び中立点を検出する検出手段
   と、 前記検出手段の検出結果に基づいて位置制御信号を出力
   する第１制御信号発生手段と、 前記検出手段の検出結果に基づいて速度制御信号を出力
   する第２制御信号発生手段と、 前記第１及び第２制御信号発生手段の間で機能する方を
   切り換えるための切り換え指令を受け付ける受付手段
   と、 前記第１制御信号発生手段の機能中に前記受付手段が切
   り換え指令を受け付け、かつ前記検出手段が前記操作杆
   の中立を検出したとき、前記第１制御信号発生手段から
   前記第２制御信号発生手段へと機能する方を切り換える
   第１切り換え手段と、 前記第２制御信号発生手段の機能中に前記受付手段が切
   り換え指令を受け付けたとき、前記第２制御信号発生手
   段から前記第１制御信号発生手段へと機能する方を切り
   換える第２切り換え手段と、を備えた多方向制御ジョイ
   スティック。