CN104619466A - 铰接装置、具有所述铰接装置的显微操纵器装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铰接装置(10；20)，特别是一种用于显微操纵器装置的枢转接头，该铰接装置特别是在显微操纵器装置的情况下用于引导构件相对运动到目标位置，该铰接装置至少具有一个第一部件(11；21)、一个第二部件(12；22)和一个第三部件(13；23)，其中第一部件和第二部件一起连接成能动的以执行第一相对运动，其中第二部件和第三部件一起连接成能动的以执行第二相对运动，该铰接装置至少具有一个第一止挡装置(14；24)和一个第二止挡装置(15；25)，其中借助于第一止挡装置第一相对运动被阻挡在第一止挡位置，在所述第一止挡位置处，所述第一部件和第二部件沿第一方向彼此碰撞，其中借助于第二止挡装置第二相对运动被阻挡在第二止挡位置，在所述第二止挡位置处，所述第二部件和第三部件沿第二方向彼此碰撞，该铰接装置至少具有一个第一固定装置(16；26)和一个第二固定装置(17；27)，其中所述第一部件和第二部件借助于第一固定装置克服沿负的第一方向定向的释放力保持在第一止挡位置，直至所述释放力超过第一固定力，其中所述第二部件和第三部件借助于第二固定装置克服沿负的第二方向定向的释放力保持在第二止挡位置，直至所述释放力超过第二固定力，并且其中组合止挡位置可设定为所述目标位置，在所述目标位置处，存在第一止挡位置和第二止挡位置两者。

Description

铰接装置、具有所述铰接装置的显微操纵器装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种特别是用于显微操纵器装置的、用于引导构件相对运动到目标位置的铰接装置、涉及一种具有所述铰接装置的显微操纵器装置、并且涉及一种使用所述铰接装置或所述显微操纵器装置的方法。

背景技术

就显微操纵器装置而言，这种铰接装置用于将第一构件例如带有工具的工具保持器与第二构件例如机动化的移动装置的滑动件联接成可动的、例如可枢转的。

显微操纵器装置在它们的构件的运动和定位期间要求高级别的精度。显微操纵可提供对人造物体诸如微系统或毫微系统及其构件的操纵。它可特别涉及对生物学物体诸如活细胞或微生物的操纵。这两种使用领域都要求在将操纵工具例如毛细管、探针或电极布置在期望操作位置时的高级别的可靠性和精度，在所述期望操作位置机械地操纵通常很微小的物体。

现有类型的铰接装置特别有益于供细胞生物学和分子生物学工作站使用，在细胞生物学和分子生物学工作站中，使用者必须将显微操纵工具诸如毛细管保持器快速和精确地布置在目标位置或必须再次将它们快速地从所述目标位置移开。在此类工作站处，例如，诸如卵胞浆内单精子注射技术(ICSI)和胚胎干细胞(ES细胞)在胚囊中的转移技术的方法被执行，其中，需要对用于显微操纵器装置中的构件在最小的空间中的定位和运动进行精确控制。

在所述背景中，特别希望提供一种可有效和方便地操作的铰接装置，借助于该铰接装置，可精确和快速地使待移动的构件例如显微操纵器装置的工具、特别是毛细管或致动器末端进入目标位置——或离开所述位置；在该目标位置，例如毛细管末端或另一工具布置在显微镜或摄像头的透镜视野内。与执行细胞操纵时的通常的方法步骤相关的是在细胞处理期间在短时间内将工具例如毛细管保持器中的毛细管从目标位置移出以便例如为了其它目的(例如更换用于生物细胞的生长介质、添加物质等)或为了更换该工具而释放该工具。此后以尽可能精确的方式使工具移动回到目标位置。

显微操纵器装置通常具有用于手动定位的枢转接头(pivot joint)，使得通过使操纵器臂沿细胞方向枢转来达到已经相对接近操纵位置的目标位置，在所述操纵位置处工具与细胞接触。这种枢转接头的一个示例为德国汉堡的Eppendorf AG(埃佩朵夫股份公司)于2012年以名称NK 2(订单号5188000.012)出售的显微操纵器的铰接接头。该铰接接头的用途是将工具保持器从铰接接头缩进的目标位置移出并转移到铰接接头伸出的、适合于工具更换的位置。所有公知的铰接装置所产生的问题在于，一旦工具已枢转，便无法再次以期望精度再现铰接装置的目标位置。在公知的铰接装置中，绝对有必要执行另外的调节步骤以再次将毛细管末端与细胞一起定位在透镜视野内。特别是在使毛细管末端从显微镜的透镜视野中枢转出来为频繁重复的中间步骤时，花费在人力上的时间和金钱相应较高。

特别希望精确地到达目标位置以致不需要重新调节显微镜的放大级。目标位置应该优选地足够精确以致至少使工具末端移动到显微镜的透镜视野内。因此，能够避免耗时的调节步骤。

发明内容

本发明的目标是提供一种能借助其以重复的方式精确地设定目标位置的铰接装置，并提供一种具有所述铰接装置的、可方便地操作的显微操纵装置及其使用方法。

本发明通过根据权利要求1的铰接装置、以及根据权利要求11的显微操纵器装置及其根据权利要求13的使用方法来实现。优选的开发方案特别为从属权利要求的目标。

本发明涉及一种特别是用于显微操纵器装置的、用于引导构件相对运动到目标位置的铰接装置、特别涉及一种用于显微操纵器装置的枢转接头装置，该铰接装置至少具有一个第一部件、一个第二部件和一个第三部件，其中第一部件和第二部件一起连接成可动的，以执行第一相对运动，其中第二部件和第三部件一起连接成可动的，以执行第二相对运动，该铰接装置至少具有一个第一止挡装置和一个第二止挡装置，其中借助于第一止挡装置第一相对运动被阻挡在第一止挡位置，在该第一止挡位置处第一部件和第二部件沿第一方向彼此碰撞(撞击，压紧，impact)，其中借助于第二止挡装置第二相对运动被阻挡在第二止挡位置，在该第二止挡位置处第二部件和第三部件沿第二方向彼此碰撞，该铰接装置至少具有一个第一固定装置和一个第二固定装置，其中第一部件和第二部件借助于第一固定装置克服沿负的第一方向定向的释放力保持在第一止挡位置，直至所述释放力超过第一固定力，其中第二部件和第三部件借助于第二固定装置克服沿负的第二方向定向的释放力保持在第二止挡位置，直至所述释放力超过第二固定力，并且其中组合止挡位置可设定为所述目标位置，在所述目标位置处，存在第一止挡位置和第二止挡位置两者。

所述目标位置的特征在于，铰接装置布置成使得第一止挡位置和第二止挡位置两者同时存在。特别通过由铰接装置的使用者以手动方式引起第一部件和第二部件的碰撞以及第三部件和第二部件的碰撞来设定目标位置。目标位置特别是以结构方式预先限定并且特别是不可修改，因此当第一部件和/或第二部件未布置在第一止挡位置和/或第二止挡位置时使用者能够以高级别的精度反复接近目标位置。所述目标位置可特别用作操作位置，在该操作位置借助安装在铰接装置上的显微操纵工具处理即操纵待操纵的物体。

待操纵的人造物体或生物学物体，特别是一个细胞/一个微生物或多个细胞/多个微生物，通常在显微镜或摄像头的透镜视野内位于培养皿内或小的盖玻片上。附接有显微操纵工具的根据本发明的铰接装置优选安装在显微镜上，或带摄像头的显微镜上，从而形成显微操纵装置。就所述显微操纵装置而言，设计用于显微操纵的显微操纵工具的界限范围也(正如待操纵的物体那样)处于显微镜或摄像头的透镜视野内，即，在技术上由两个止挡件预先确定的目标位置处，显微操纵工具被引导至操作位置。

根据本发明的铰接装置实现了附接在所述铰接装置上的显微操纵工具的相对运动，使得所附接的显微操纵工具能够采取不同的相对位置。因而，待操纵的物体可与安装在铰接装置上的显微操纵工具相对地定位在适于工具更换的相对位置处。这有利于使用者例如更换紧固在铰接装置上的显微操纵工具，因为在所述相对位置，使用者执行更换的手未处于待操纵的物体附近并且不会以不希望的方式与所述物体接触且所述物体因此不会移位；在进一步有利的相对位置，显微操纵工具从物体的周围区域枢转出来以使得使用者可安全地接近物体以进行通常的手动处理步骤(例如介质更换、物体的调整、其他细胞(特别是卵细胞或精子)的添加和/或盖玻片的放置等)。在本文中，“安全地”意味着不存在以不希望的方式与显微操纵工具(例如，玻璃的尖毛细管)接触的风险。如果存在与显微操纵工具的不希望的接触，则使用者可被化学或生物学物质弄脏或者可使他自己刺伤在通常所用的锋利的玻璃毛细管上。根据本发明的铰接装置降低了该风险。

就已知的枢转接头装置而言，通常通过传统闩锁(latching)装置来限定目标位置。在枢转期间，装有弹簧的闩销经由它们在例如水平枢转平面内的端部竖直地滑动到圆形凹部中并以大致形状配合的方式闩锁在该凹部中。在本发明的架构内已确定的是，就传统闩锁装置而言，待锁定在枢转平面内的构件在锁定的目标位置仍具有最低限度的水平移动性，这归咎于锁定装置的柔性过高，即传统地锁定的构件甚至在轻微的载荷下也会移动。所述最低限度的移动性对于某些应用而言不是最佳的，例如在特别是供细胞生物学和微生物学工作站使用的显微操纵器的情况下。在接头附近的最低限度的移动性根据枢转臂的长度而转换为不满足精度要求的较大的定位误差。

就根据本发明的铰接装置而言，目标位置不是通过传统闩锁装置而是通过根据权利要求1的装置限定，该装置在操作上对应于锁止在目标位置。两个止挡装置被用来组合地模拟传统闩锁装置的“锁止”，但这两个止挡装置提供大得多的精度级别。可借助止挡件精确地阻挡在运动方向上的运动以精确地限定目标位置。本发明使用两个止挡装置来模拟“已锁止”的目标位置如正锁止的情况一样沿两个方向的离开/移开。

在本发明的第一优选实施例中，铰接装置为枢转接头装置，并且第一相对运动和第二相对运动为绕可平行地重叠的第一旋转轴线A和第二旋转轴线B的旋转。可然后在正旋转方向ω上进行绕共同的旋转轴线A的旋转，所述正旋转方向还表示为正的旋转方向。相应地，也可在负旋转方向-ω上进行绕共同的旋转轴线A的旋转，所述负旋转方向还表示为负的旋转方向。然而，第一相对运动和/或第二相对运动也可以且优选沿偏离圆形路径的运动路径延伸。在本发明的第二优选实施例中，铰接装置为棱柱型接头装置，其中第一相对运动和第二相对运动为沿可平行地重叠的第一旋转轴线A和第二旋转轴线B的平移运动。

第一相对运动优选为绕第一旋转轴线A的旋转且所述第一方向对应于绕旋转轴线A沿正的旋转方向的旋转，并且同时或与其独立地，第二相对运动优选为绕第二旋转轴线B的旋转并且所述第二方向对应于绕旋转轴线B沿正的旋转方向的旋转。

第一部件优选为具有连接部的构件，第一构件可借助所述连接部与第二部件连接成可动的、特别是可旋转的。此外，第一部件优选具有紧固部，外部构件可借助该紧固部紧固在第一部件上。第三部件优选为具有连接部的构件，第三构件可借助所述连接部与第二部件连接成可动的、特别是可旋转的。此外，第三部件优选具有紧固部，外部构件可借助该紧固部紧固在第三部件上。外部构件可为显微操纵器装置的构件，特别是枢转臂、电机模块，特别是机动化或手动移动装置的机动化的和/或可手动移动的滑动件、支承装置的支承构件，或者该外部构件可为另一个铰接装置、特别是根据本发明的铰接装置的一个部件。连接部可为用于接纳限定旋转轴线的轴线元件的接纳部，第一部件和第二部件和/或第三部件和第二部件分别可绕所述旋转轴线相对于彼此旋转。此外，连接部也可具有这种轴线元件。

轴线元件优选与第二部件固定地连接。第二部件优选具有两个轴线元件。第一部件和/或第三部件也可以且优选具有轴线元件，第二部件于是优选具有至少一个、特别是两个用于接纳轴线元件的接纳部。轴线元件构造(实现，realize)成用来限定旋转轴线，第一部件和第二部件和/或第三部件和第二部件能够绕该旋转轴线相对于彼此旋转。轴线元件可具有或者可为圆柱形构件。该轴线元件特别是可为大致圆柱形的销元件。第二部件上的轴线元件优选为双轴线元件。所述双轴线元件具有优选平行地特别布置在共同的旋转轴线A上的两个轴线元件。这两个轴线元件借助连接部连接。该连接可以是压配合和/或形状配合和/或形锁键合。这两个轴线元件也可以一体地连接。

该铰接装置优选至少具有一个第一导引装置和一个第二导引装置，其中第一相对运动由第一导引装置引导且第二相对运动由第二导引装置引导，其中特别是第一相对运动沿第一运动路径延伸到正的或负的第一方向上，并且其中特别是第二相对运动沿第二运动路径延伸到正的或负的第二方向上，其中特别是第一运动路径和第二运动路径是平行的。

第一导引装置优选至少具有优选与第二部件连接的一个导引部和/或与第一部件连接的一个导引部。第二导引装置优选至少具有优选与第二部件连接的一个导引部和/或与第三部件连接的一个导引部。导引部可以是单独的构件或可以与第二部件和/或第一部件和/或第三部件一体地构成。导引部可以是限定旋转轴线的轴线元件。

第一导引装置和/或第二导引装置且特别是轴线元件优选为了能够使第一部件和第二部件绕枢转角γ相对旋转和/或使第三部件和第二部件绕枢转角γ相对旋转而构造。该枢转角γ在第一部件和第二部件相对旋转的情况下从γ＝0的第一止挡位置测量，并且在第三部件和第二部件相对旋转的情况下从γ＝0的第二止挡位置测量。第一部件和第二部件绕角γ的相对旋转优选可处于0<＝γ<＝γ1的枢转范围内，其中γ1优选选自优选在正枢转方向ω上的分别为{60°至90°；90°至120°；120°至180°；180°至270°}的优选角范围的组中。第三部件和第二部件绕角γ的相对旋转优选可处于0<＝γ<＝γ2的枢转范围内，其中γ2优选选自优选在负枢转方向-ω上的分别为{-60°至-90°；-90°至-120°；-120°至-180°；-180°至-270°}的优选角范围的组中。第一部件和第二部件、以及第三部件和第二部件的枢转方向因此是相对的。也可能的是γ1具有负值且γ2具有正值。

第一部件和第二部件的可能枢转范围以及第三部件和第二部件的可能枢转范围可以相同，也就是说γ1和γ2可以是相同的量，或者可以不同。所述目标位置因第一部件和第二部件的夹角γ以及第三部件和第二部件的夹角γ两者都为零而被限定。由于枢转角的值不等于零，限定了第一部件和第二部件、或第三部件和第二部件的相对位置，其中例如在显微操纵器装置的情况下能够执行工具更换(将该相对位置指定为用于工具更换的位置)或可安全地操作物体或样品(将该相对位置指定为用于物体操作的位置)。优选借助保持装置、特别是也将要描述的摩擦装置来保持这种相对位置。

可通过可由第一部件和第二部件的第三止挡装置或第三部件和第二部件的第四止挡装置限定的第三止挡位置和/或第四止挡位置来限定最大枢转角例如γ1和/或最小枢转角例如γ2。当将根据本发明的铰接装置用于显微镜上的显微操纵器装置中时，最小枢转角和/或最大枢转角可由物理边界限制。

导引装置、特别是第一导引装置和/或第二导引装置优选分别具有枢轴承装置、优选滑动轴承装置或优选滚子轴承装置，以将两个部件——特别是第一部件和第二部件或第二部件和第三部件——并排安装成可动的。该滚子轴承装置优选具有成角度的滚子轴承装置，其具有借助弹簧装置相对于彼此拉紧的第一滚子轴承和第二滚子轴承。所述成角度的滚子轴承装置实现了用于引导的高精度级别，因为滚子轴承的滚子元件、特别是滚珠以基本无游隙的方式安装。已证实这一点特别是在铰接装置供高精度级别对其很重要的显微操纵器装置使用时是有利的。该弹簧装置优选为盘形弹簧或具有这种盘形弹簧。盘形弹簧在根据本发明的铰接装置的情况下提供用于第一滚子轴承和第二滚子轴承的相对固定的期望拉力，因此实现了用于引导的精度级别。此外，盘形弹簧允许紧凑地设计铰接装置，这特别是在具有限制的安装空间的显微操纵器装置的情况下是有利的。

第一固定装置和/或第二固定装置优选分别至少具有一个磁性元件以及一个特别与其互补的、用以特别是借助铁磁性实现磁吸力的磁性元件。一个固定装置可具有若干个产生期望固定力的磁性元件，特别是2、3、4、5、6个或另一数量的磁性元件。这种开发方案使得能精确地设定止挡位置并以精确限定的固定力再次释放它。

磁性元件可为第一部件和/或第二部件和/或第三部件的一体构件。磁性元件优选为永磁体或具有这种永磁体。该磁体优选具有盖元件以在该磁体加载时保护它以免由于在所述第一止挡位置和/或第二止挡位置的碰撞而受到机械损伤。该永磁体优选由钐-钴合金制成或包含所述材料。已证实所述材料在实验室中的潮湿环境或装有化学药品的环境中特别耐腐蚀。然而，也可以使用其它永磁体。

磁性元件也可为电磁体或可具有这种电磁体。

如果该铰接装置是枢转接头装置或具有可旋转元件，则第一固定力可为第一固定力矩并且第二固定力可为第二固定力矩。

第一固定装置和/或第二固定装置还可具有用于第一部件与第二部件之间在第一止挡位置的压配合和/或形状配合连接的连接装置，或用于第二部件与第三部件之间在第二止挡位置的压配合和/或形状配合连接的连接装置，从而以可释放的方式将各部件固定在止挡位置。所述连接装置可具有例如安装有弹簧的锁定连接部。

该铰接装置优选具有为了以阻力阻挡第一相对运动的目的而构造的第一保持装置，需要至少一个第一分离力(脱离力，断开力，breakaway force)来克服所述阻力，并且该铰接装置优选具有为了以阻力阻挡第一相对运动的目的而构造的第二保持装置，需要至少一个第二分离力来克服所述阻力。利用这种保持装置，可以暂时性地设定两个部件、特别是第一部件和第二部件或第二部件和第三部件之间的不同相对位置，使得特别是由于小的作用力而引起的非有意的调节不会引起设定的相对位置的变化。因此，使用该铰接装置工作更舒适且更安全。

第一保持装置优选具有第一摩擦装置，该第一摩擦装置在第一相对运动期间引起第一滑动摩擦并在第一部件和第二部件的相对不动的位置处引起第一静摩擦，至少需要所述第一分离力来克服所述滑动摩擦和静摩擦，并且第二保持装置优选具有第二摩擦装置，该第二摩擦装置在第二相对运动期间引起第二滑动摩擦并在第一部件和第二部件的相对不动的位置处引起第二静摩擦，至少需要所述第二分离力来克服所述滑动摩擦和静摩擦。摩擦装置可具有引起摩擦的辅助元件，或者该摩擦装置可在不具有辅助元件的情况下例如通过使用它的具有压配合/过盈配合或很小的间隙配合的导引装置——该导引装置随后特别形成摩擦装置——相应地形成两个摩擦部件来达成。

如果该铰接装置是枢转接头装置或具有可旋转元件，则第一分离力可为第一分离力矩并且第二分离力可为第二分离力矩。

第一固定力和第二固定力分别大于所述第一分离力和/或第二分离力。因此，第一部件和第二部件可在由第二固定装置保持的第二止挡位置不被释放的情况下从由第一保持装置保持的相对位置释放。此外，因此，第二部件和第三部件可在由第一固定装置保持的第一止挡位置不被释放的情况下从由第二保持装置保持的相对位置释放。第一固定力和第二固定力可具有相同大小或者可彼此偏离。

第一摩擦装置和/或第二摩擦装置可优选具有辅助元件以设置或产生摩擦。该辅助元件可为或具有弹簧元件，该弹簧元件引起朝向彼此移动的部件的面——在所述面之间产生摩擦——之间的法向力，以借助提高的法向力来增加摩擦。辅助元件可弹性变形并且可布置在相对于彼此移动的部件之间，特别是第一部件和第二部件和/或第二部件和第三部件之间。该辅助元件可具有可弹性变形的材料，例如橡胶或另一种弹性体。该辅助元件优选具有由流体润滑剂、特别是硅脂制成的润滑膜，以减轻摩擦导致的辅助元件的磨损并调节摩擦力。

第一摩擦装置优选具有作为辅助元件的可弹性变形的环形件，该环形件相对于第一旋转轴线A同心地布置且被夹持在第一部件与第二部件之间以引起第一滑动摩擦和第一静摩擦，并且第二摩擦装置优选具有作为辅助元件的可弹性变形的环形件，该环形件相对于第二旋转轴线B同心地布置且被夹持在第二部件与第三部件之间以引起第二滑动摩擦和第二静摩擦。可在旋转期间借助环形件引起特别均匀的摩擦。该环形件优选围绕导引装置的圆柱形轴线元件同心地布置，轴线元件可为第二部件的构成部件。该环形件优选以使得轴线元件承受拉应力的方式围绕该轴线元件布置。

摩擦装置可具有润滑剂，例如矿物油或硅油，通过该润滑剂的使用获得期望的摩擦并减轻或防止磨损。该润滑剂可设置在辅助元件、特别是环形件与轴线元件之间，可将轴线元件布置在第一部件、第二部件和/或第三部件上。然而，润滑剂也可设置在环形件与第一部件和/或第三部件之间。

优选在第一部件与第二部件之间设置圆形凹部，环形件可在该凹部中布置成使得它在压力下被夹持在第一部件与第二部件之间并以此方式提供摩擦。优选在第二部件与第三部件之间设置圆形凹部，环形件可在该凹部中布置成使得它在压力下被夹持在第二部件与第三部件之间并以此方式提供摩擦。圆形凹部优选具有构造成用于滑动的内表面。其优点在于减轻了由摩擦引起的环形件的磨损并且不必频繁地更换环形件。

第一部件和第三部件优选分别具有用于特别是借助凹槽/榫舌接头紧固另一个构件的紧固装置。为此，该紧固装置可提供一凹槽，该凹槽安装在第一部件和/或第三部件上和/或在第一部件和/或第三部件上一体地构成，或可提供一弹簧，该弹簧安装在第一部件和/或第三部件上和/或在第一部件和/或第三部件上一体地构成。该凹槽特别可呈T形。该弹簧可具有特别呈T形的滑块元件，该滑块元件可在第一部件和/或第三部件上特别安装成可动的。

该铰接装置优选具有至少一个第四部件，其中第三部件和第四部件一起连接成可动的以特别是借助第三导引装置来执行第三相对运动，该铰接装置具有第三止挡装置，借助于该第三止挡装置第三相对运动被阻挡在第三止挡位置处，在第三止挡位置处第三部件和第四部件沿第三方向彼此碰撞，并且该铰接装置具有第三固定装置，第三部件和第四部件借助于该第三固定装置克服沿负的第三方向定向的释放力保持在第三止挡位置，直至所述释放力超过第三固定力，并且其中第二组合止挡位置可设定为第二目标位置，在第二目标位置存在第二止挡位置和第三止挡位置。可以以此方式在铰接装置上限定一个以上的目标位置。

第一相对运动和第二相对运动优选为可用度数为单位测量的旋转运动。组合止挡位置的设定精度q优选为<＝(+-)5*10^-1度，其中优选q<＝(+-)10^-2度，其中优选q<＝(+-)5*10^-3度，并且其中优选q<＝(+-)10^-4度。本文中的术语“精度”是指第一部件和第三部件在组合止挡位置的相对定位，即“目标位置”Z可在Z+-q的范围内反复设定。这同样优选适用于第一止挡位置的精度P1+-q和/或第二止挡位置的精度P2+-q。

在本发明的架构内，可借助以下测量方法来确定第一止挡位置的设定“精度”：执行以下两个实验N＝10次：在第一实验中，使第一部件和第二部件沿正枢转方向ω以最大枢转角γ偏转离开止挡位置。使第一部件和第二部件从所述相对位置移动回到止挡位置。记下测得的第一止挡位置的角度偏差ζ1。以这种方式确定十个第一值ζ1。在第二实验中，使第一部件和第二部件沿负枢转方向-ω以最大的——或(从数值的角度来看的)最小的——枢转角-γ偏转离开止挡位置。使第一部件和第二部件从所述相对位置移动回到止挡位置。记下测得的第一止挡位置的角度偏差ζ2。以这种方式确定十个第二值ζ2。精度q1对应以此方式确定的二十个值ζ1、ζ2的(从数值的角度来看的)最大值。以类似的方式确定第二止挡位置的精度q2。关于组合止挡位置(即目标位置)的精度，可使用用于第一止挡位置的精度q1和用于第二止挡位置的精度q2的两个值之和。

第一部件和第三部件优选为在结构上相同的构件。它们可以在左侧或右侧布置在第二部件上。因此，一方面为制造商、另一方面为能够以期望方式组装铰接装置的使用者简化了铰接装置的制造。第一构件和第二构件还可为且优选为镜像对称地形成的构件。

该铰接装置优选具有至少一个第一紧固装置，特别是用于压配合和/或形状配合的连接、例如螺纹连接的紧固元件，例如可释放的螺钉或锁紧元件，以将第一部件和第二部件彼此紧固成可释放的。

本发明还涉及一种具有根据本发明的铰接装置的显微操纵器装置。该显微操纵器装置优选具有第一构件，特别是第一臂元件，该第一臂元件为铰接装置的所述第一部件或与铰接装置的第一部件连接。该显微操纵器装置优选具有第二构件，特别是第二臂元件，该第二臂元件为铰接装置的所述第三部件或与铰接装置的第三部件连接。第一构件和第二构件分别可为电机装置的滑动件或可与该滑动件连接。这种滑动件可借助显微操纵器装置的机动化的移动装置、特别是该移动装置的线性电机以机动化的方式移动。

在根据本发明的显微操纵器装置的情况下，根据本发明的铰接装置用于将第一构件例如带工具的工具保持器与第二构件例如机动化的移动装置的滑动件联接成可动的、例如可枢转的。具有所述显微操纵器装置的显微操纵可提供对人造物体诸如微系统或毫微系统及其构件的操纵。它可特别涉及对生物学物体诸如活细胞或微生物的操纵。这两种使用领域都要求在将操纵工具例如毛细管、探针或电极布置在期望操作位置时的高级别的可靠性和精度，在所述期望操作位置机械地操纵通常很微小的物体。根据本发明的铰接装置特别适合于这种情况。

操纵工具(也称为工具)可为毛细管或致动器末端，或适于显微操纵的切割或开槽工具、或微电极。该工具还可指携带例如毛细管或切割或开槽工具的工具保持器。特别地，该工具保持器还可为可电气地致动的致动器，该致动器例如可以以压电方式被驱动。与执行细胞操纵时的典型的方法步骤相关的是在细胞处理期间在短时间内将工具例如毛细管保持器中的毛细管从目标位置移出以便例如为了其它目的(例如更换用于生物细胞的生长介质、添加物质等)或为了更换该工具而释放该工具。此后以尽可能精确的方式使工具移动回到目标位置。根据本发明的显微操纵装置的根据本发明的铰接装置以特别合适的方式用于该目的。

特别地，第一构件和/或第二构件分别可为：显微操纵器的枢转臂、或者带或不带工具的工具保持器、机动化的移动装置的滑动件或电机驱动的元件、保持装置的构件、支承装置的构件、显微镜的构件。

此外，在生物学、医学、细胞生物学或微生物学工作站处的根据本发明的铰接装置特别用于特别在微生物学、细胞生物学或医学实验室中对活细胞的操纵的用途被认为是一个发明。

还与本发明相关的是一种特别是在用于物体、特别是人造或生物学物体、特别是活细胞或微生物的显微操纵的方法的情况下使用根据本发明的铰接装置的方法。为了使用根据本发明的铰接装置，该方法优选具有以下步骤中的至少一个步骤：

(a)特别通过将第一部件或第三部件与外部构件eB1、特别是根据本发明的显微操纵器装置的外部构件eB1连接来将铰接装置紧固在外部构件eB1上，该外部构件eB1为特别用于所述铰接装置的支承装置，和/或为机动化的支承装置的可动元件、特别是滑动件；

(b)特别通过将外部构件eB2与铰接装置的第一部件或第三部件连接来将外部构件eB2紧固在铰接装置上，可将外部构件eB2间接地——例如借助至少一个连接元件——或直接地与铰接装置连接，特别地，外部构件eB2可为特别用于显微操纵工具的工具保持器，特别地，所述显微操纵工具可为毛细管或微解剖工具；

(c)将物体定位在离根据本发明的铰接装置、特别是根据本发明的显微操纵装置的一定距离处；

(d)将所述铰接装置的目标位置设定为操作位置，在该操作位置，特别是与铰接装置连接的显微操纵工具、特别是毛细管或微解剖工具位于离物体的期望操作距离处；

(e)从第一止挡位置开始、特别是从目标位置开始：执行所述铰接装置的第一部件和第二部件之间的第一相对运动、特别是沿旋转方向ω的旋转，直至第一部件和第二部件布置在第一相对位置；

(f)从第二止挡位置开始、特别是从目标位置开始：执行所述铰接装置的第三部件和第二部件之间的第二相对运动、特别是沿相反的旋转方向-ω的旋转，直至第三部件和第二部件布置在第二相对位置；

(g)从步骤(e)中所述的第一相对位置或步骤(f)中所述的第二相对位置开始：执行第一部件和/或第三部件的手动处理，特别是移除和/或释放与第一部件或第三部件连接的操纵工具(工具更换)；所述相对位置被指定为用于工具更换的位置。

(h)从步骤(e)中所述的第一相对位置或步骤(f)中所述的第二相对位置开始：执行对待操纵物体的处理，特别是移除或添加介质(培养介质、生长介质或IVF介质)、缓冲液、溶液或油，移除物体和/或增加另一个物体(例如其他细胞、例如卵细胞为第一物体，然后增加精子作为第二物体，或反之亦然)(物体操作)；所述相对位置被指定为用于物体操作的位置。

(i)从步骤(e)中所述的第一相对位置或步骤(f)中所述的第二相对位置开始：通过手动地使铰接装置枢转离开第一相对位置和/或第二相对位置来将铰接装置重新定位在目标位置(操作位置)。

附图说明

根据本发明的铰接装置的另一些优选开发方案产生于下面结合附图和附图说明对示例性实施例的描述。示例性实施例的相同构件在未描述相反情形或在上下文中不形成相反情形的情况下基本上用相同的附图标记表示；在附图中：

图1a示出了根据本发明一个优选示例性实施例的根据本发明的铰接装置。

图1b至图1e示出了图1a的铰接装置沿运动方向A或B的可能的运动序列(sequence)。

图1b示出了处于组合止挡位置的图1a的铰接装置，所述组合止挡装置形成了目标位置，该目标位置存在第一部件和第二部件的第一止挡位置以及第二部件和第三部件的第二止挡位置。

图1c示出了处于第一部件和第二部件的第一止挡位置以及第二部件和第三部件的相对位置处的图1a的铰接装置。

图1d示出了再次处于形成目标位置的组合止挡位置处的图1a的铰接装置。

图1e示出了处于第二部件和第三部件的第二止挡位置以及第一部件和第二部件的相对位置处的图1a的铰接装置。

图2a是根据一个优选实施例的根据本发明的枢转接头装置的前透视图。

图2b是图2a的枢转接头装置的后透视图。

图2c是图2a的枢转接头装置的分解透视图；

图3a和3b示出了处于与图1a、1d中的铰接装置的目标位置相似的目标位置的图2a的枢转接头装置的透视侧视图(图3a)和底视图(图3b)。

图3c和3d示出了处于与图1e中的铰接装置的位置相似的位置的图2a的枢转接头装置。

图3e和3f示出了处于与图1c中的铰接装置的位置相似的位置的图2a的铰接装置。

图4示出了工作站，在该工作站处以优选方式使用根据本发明的连接装置。

图5示出了具有根据本发明的铰接装置的根据本发明的显微操纵器装置的示例性实施例，特别是图1a、1b、2a至2c和3a至3f的示例性实施例。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明一个优选示例性实施例的根据本发明的铰接装置10。该铰接装置10可供显微操纵器装置使用以引导构件相对运动到目标位置。铰接装置10构造成具有第一部件11、第二部件12和第三部件13，第一部件11和第二部件12一起连接成可动的，以执行第一相对运动A，第二部件12和第三部件13一起连接成可动的，以执行第二相对运动B，铰接装置10至少具有一个第一止挡装置14和一个第二止挡装置15，借助于第一止挡装置14第一相对运动A被阻挡在第一止挡位置P1，在所述第一止挡位置P1处第一部件11和第二部件12沿第一方向彼此碰撞，借助于第二止挡装置15第二相对运动B被阻挡在第二止挡位置P2，在所述第二止挡位置P2处第二部件12和第三部件13沿第二方向B彼此碰撞，铰接装置10至少具有一个第一固定装置16和一个第二固定装置17，所述第一部件11和第二部件12借助于第一固定装置16克服沿负的第一方向定向的释放力保持在第一止挡位置P1，直至所述释放力超过第一固定力F1，所述第二部件12和第三部件13借助于第二固定装置17克服沿负的第二方向定向的释放力保持在第二止挡位置P2，直至所述释放力超过第二固定力F2，并且组合止挡位置可设定为其中存在第一止挡位置和第二止挡位置的所述目标位置。

第一止挡装置4在这种情况下也例如借助永磁体形成第一固定装置16，并且第二止挡装置15在这种情况下也形成第一固定装置17。第一导引装置18在此用于引导第一相对运动A且第二导引装置19在此用于引导第二相对运动B。A在此表示第二部件相对于第一部件的第一运动方向；B在此表示第三部件相对于第二部件的第二运动方向。与所述第一和第二运动方向相反的方向带有负前缀。运动方向A和B应该示意性地理解，但与图中所示对应地，所述运动方向A和B可以是平行于同一线性运动方向的线性运动A＝B。在旋转运动的情况下，方向A和B分别将对应于正的旋转方向或在有负前缀的情况下对应于负的旋转方向。

图1b至图1e示出了图1a的铰接装置沿运动方向A或B的可能的运动序列。铰接装置的第一部件11被认为是固定的基准点，以该基准点为基准实现第二部件12的运动A。

图1b示出了处于组合止挡位置的铰接装置10，所述组合止挡位置形成目标位置，在该目标位置处存在第一部件和第二部件的第一止挡位置P1以及第二部件和第三部件的第二止挡位置P2。

图1c示出了处于第一部件和第二部件的第一止挡位置的图1a的铰接装置。通过克服第二固定力F2，第二部件12和第三部件13已彼此释放并转移到相对位置。

图1d示出了再次处于形成目标位置的组合止挡位置的图1a的铰接装置。

图1e示出了处于第二部件12和第三部件13的第二止挡位置以及第一部件和第二部件的相对位置的图1a的铰接装置，所述第一部件和第二部件的相对位置已通过克服第一固定力F1借助第二部件12相对于第一部件11的运动A获得。手动产生的力已借助力传递经由第三部件13传递到第二部件12并从第二部件12传递到第一部件11。

图2a是根据一个优选实施例的根据本发明的枢转接头装置20的前透视图，图2b示出了其后视图。该枢转接头装置具有第一部件21、第二部件22和第三部件23，这些部件分别能够绕旋转轴线A旋转，直至它们在止挡区域彼此碰撞。

图2c在分解图中示出了枢转接头装置20的设计。第一部件21和第三部件23等同地构造，这简化了旋转接头的制造及其组装。以下与第一部件21的设计有关的说明因此能以类似的方式适用于第三部件23，且反之亦然。

在组装期间，将第一部件21放置在第二部件22的轴线元件22e上并且将第三部件放置在第二部件22的轴线元件22d上。第二部件优选具有在此情况下由钢制成的圆盘形的安装板22c。所述板与两个轴线元件22d和22e固定地连接。两个轴线元件22d和22e彼此平行并且相对于共同的旋转轴线A同心地布置。止挡元件22b借助螺钉固定地安装在所述安装板22c的一侧，止挡元件22a借助螺钉固定地安装在基板22c的另一侧。止挡元件22b具有止挡区域24b且止挡元件22a具有止挡区域25b，止挡区域的功能有待描述。止挡元件优选由铝制成。还可能且优选的是，第二部件为一体制成的构件，特别是止挡元件一体地连接在一起，这在不使用单独的连接安装板或相当的连接元件的情况下尤其如此。一般而言，止挡区域也能一体地形成或者可设置为与第二部件连接的单独的止挡部件。

止挡元件22a相对于止挡元件22b以镜像对称的方式构成。止挡元件优选形成为使得它对应于特别相对于旋转轴线A同心地布置的中空圆柱形元件的壁部。所述壁部如在此示例中可部分围绕旋转轴线A优选在90°至270°的角范围β内、优选在125°与190°之间的角范围β内、优先在140°至180°的角范围β内运转。在枢转接头装置20的情况下，止挡元件22a、22b绕旋转轴线同心地延伸如图3d中示出的大约155°的角β。在止挡元件22b的绕旋转轴线A的周向上相对的端部上，该止挡元件具有止挡区域24b和24c，或止挡元件22a具有止挡区域25b和25c(图3d)。

第一部件21具有中空圆筒状的接纳部21a，该接纳部21a具有用于接纳第二部件22的轴线元件22e的圆柱形凹部。紧固部21b与接纳部21a一体地连接，在当前示例中一弹簧元件21d借助于用于榫舌-凹槽接头的螺钉21c安装在该紧固部上。借助榫舌-凹槽接头，构件能够以舒适/宽裕的方式安装在枢转接头装置20上。特别地，如也实现的那样，第一构件例如用于显微操纵器臂的安装座/底座可借助第三部件23或第一部件21的榫舌-凹槽接头与铰接装置20连接并且显微操纵器装置的工具保持器可借助第一部件21或第三部件23的榫舌-凹槽接头与铰接装置20连接。

枢转接头装置20具有第一止挡装置24，第一相对旋转运动借助该第一止挡装置被阻挡在第一止挡位置，在该第一止挡位置第一部件21和第二部件22沿第一旋转方向彼此碰撞。

枢转接头装置20还具有第二止挡装置25，借助该第二止挡装置第二相对旋转运动被阻挡在第二止挡位置，在该第二止挡位置第三部件23和第二部件22沿第二旋转方向彼此碰撞。

第一止挡装置24具有两个止挡区域24a(在图2c中不可见)和24b，止挡区域24a是第一部件21的平行于旋转轴线A构造的止挡面，而止挡区域24b是第二部件22的同样平行于旋转轴线A构造的止挡面，两个止挡面24a和24b平坦地彼此接触且优选以平面形式构造而成。

第二止挡装置25以类似的方式构造：它也具有两个止挡区域25a和25b，止挡区域25a是第三部件23的平行于旋转轴线A构造的止挡面，而止挡区域25b是第二部件22的同样平行于旋转轴线A构造的止挡面，两个止挡面25a和25b平坦地彼此接触且优选以平面形式构造而成。

当第一部件21布置成可在第二部件22上旋转时，止挡区域24a朝向止挡区域24b运动并且在第一止挡位置处与止挡区域24b碰撞。这种情况下，必须假设第二部件被固定地保持——当正确地使用枢转接头装置时不是这种情况——并且旋转方向ω为在枢转接头装置20的顶视图中第一部件将以顺时针方式运动时的旋转方向或在图3b、3d和3f中的底视图中将以逆时针方式运动时的旋转方向。这同样适于如下情形：当第三部件23布置成可在第二部件22上旋转时，止挡区域25a朝向止挡区域25b运动并且在第二止挡位置与止挡区域25b碰撞。第一止挡位置和第二止挡位置以高精度设定。因此，始终能以精确的方式反复设定组合止挡位置，这在显微操纵器装置的情况下、特别是在细胞生物学和/或微生物学工作站的情况下是非常合意的。

如图3d所示，在此示例中，还存在止挡区域24c、24d、25c、25d，借助于这些止挡区域，第一部件、第二部件和第三部件分别在沿负的即相反的旋转方向-ω相对旋转运动时彼此碰撞。

枢转接头装置具有第一固定装置26和第二固定装置27。第一部件21和第二部件22借助于第一固定装置26克服沿负的旋转方向-ω定向的释放力矩保持在第一止挡位置，直至所述释放力矩超过第一固定力矩。第二部件22和第三部件23借助于第二固定装置27克服沿负的旋转方向-ω定向的释放力矩保持在第二止挡位置，直至所述释放力矩超过第二固定力矩。

第一固定装置26具有两个允许进入第一部件21的第一止挡面24a中的永磁体26a。第一固定装置26还具有止挡面24b的磁性区域26b，该磁性区域26b与永磁体26a形成相互吸引。在此情况中，止挡面24b构造成被完全地磁性吸引至永磁体26a。第二固定装置27具有两个允许进入第三部件23的第一止挡面25a中的永磁体27a。第二固定装置27还具有止挡面25b的磁性区域27b，该磁性区域27b与永磁体27a形成相互吸引。在此情况下，止挡面25b构造成被完全地磁性吸引至永磁体27a。永磁体26a、27a具有钴-钐合金。

在组装期间，将第一部件21放置在第二部件22的轴线元件22e上并且将第三部件放置在第二部件22的轴线元件22d上。第一部件21在第二部件22上的旋转由已与第二部件22的轴线元件22e相关联的第一导引装置28、第一部件21的用于接纳轴线元件22e的圆柱形凹部以及滚子轴承28a和28b引导。第三部件23在第二部件22上的旋转由已与第二部件22的轴线元件22d相关联的第二导引装置29、第三部件23的用于接纳轴线元件22d的圆柱形凹部以及滚子轴承29a和29b引导。

滚子轴承28a、28b和29a、29b也接纳在第一部件21或第三部件23的接纳部中。第一部件21和第三部件23的接纳部分别由盖板(cover flap)33朝向外侧覆盖。

滚子轴承28a和28b——以及类似的滚子轴承29a和29b——形成具有第一滚子轴承28a和第二滚子轴承28b的成角度的滚子轴承装置，所述第一和第二滚子轴承借助盘形弹簧30、用于保持该盘形弹簧的弹簧心轴元件31和螺钉32相对于彼此拉紧。弹簧心轴元件31提供了其上支承有盘形弹簧30的止挡侧。所述成角度的滚子轴承装置实现了高精度级别的引导，因为滚子轴承的滚子元件、特别是滚珠以基本无游隙的方式安装。已证实这一点特别在铰接装置供高精度级别对其很重要的显微操纵器装置使用时是有利的。

该枢转接头装置具有为了以阻力阻挡第一部件21和第二部件22的相对第一旋转运动的目的而构造的第一保持装置41，需要至少一个第一分离力矩来克服所述阻力。该枢转接头装置具有为了以阻力阻挡第三部件23和第二部件22的相对第二旋转运动的目的而构造的第二保持装置42，需要至少一个第二分离力矩来克服所述阻力。

第一保持装置41和第二保持装置42分别构造为摩擦装置。第一摩擦装置41在第一旋转运动期间引起第一滑动摩擦并且在第一部件21和第二部件22的相对不动的位置处引起第一静摩擦，至少需要所述第一分离力矩来克服所述滑动摩擦和静摩擦。第二摩擦装置42在第二旋转运动期间引起第二滑动摩擦并且在第三部件21和第二部件22的相对不动的位置处引起第二静摩擦，至少需要所述第二分离力矩来克服所述滑动摩擦和静摩擦。

第一固定力矩和第二固定力矩分别大于所述第一分离力矩和/或第二分离力矩。通过固定力矩和分离力矩的所述确定，在通过克服第二分离力使第三部件23的止挡面25a例如从图3e和3f中的位置开始沿正旋转方向ω朝向第二部件22的止挡面25b运动时维持第一部件21和第二部件的固定。此外，通过固定力矩和分离力矩的所述确定，在通过借助于克服第一分离力使第三部件23和第二部件22相对于第一部件21旋转而使第二部件22的止挡面24a例如从图3c和3d中的位置开始沿负旋转方向-ω朝向第一部件23的止挡面24a运动时维持第三部件23和第二部件22的固定。

第一摩擦装置具有作为辅助元件的可弹性变形的环形件34，该环形件相对于旋转轴线A同心地布置且被夹持在第一部件21与第二部件22之间以引起第一滑动摩擦和第一静摩擦。由于环形件34被夹持在轴线元件22e的圆柱形部分22e_1的外壁与圆柱形凹部34a——在图2c中用点划线表示——的内壁之间而产生应力，由此，因而大致在相对于旋转轴线A沿径向的方向上产生压缩力。以类似的方式，又一个弹性环形件34被夹持在第三部件23与第二部件22之间并因而是第二摩擦装置的构成部件。

环形件34优选通过使其优选夹持在轴线元件22e、22d与第一部件21或第三部件23之间、或第一部件或第三部件的轴线元件与第二部件之间而大致在相对于轴线元件沿径向的所有面上承受压应力。该环形件优选被固定在第一部件或第三部件的凹部中的外径上，即该环形件特别是无法在所述凹部中旋转。其中当然也存在摩擦配合，但保持力大于环形件的内表面与轴线元件22e、22d之间的附着力，因为环形件的外表面与凹部34a之间的接合部优选为未润滑的并且表面压力(和因此法向力)由于环形件的外径大于内径而较小。

图3a、3b、3c和3d示出了处于与图1b、1c和1e中的铰接装置的位置相似的位置的图2a的枢转接头装置。图3a、3c和3e是旋转装置20的透视侧视图，其中第一部件21是固定的。图3a、3c和3e是枢转接头装置20的相应的透视底视图，其中第一部件21是固定的。

图3a和3b示出了组合止挡位置，在该组合止挡位置处第一部件21碰撞在第二部件22上且两者被并排固定并且第三部件23碰撞在第二部件22上且两者被并排固定。第一部件21此时是固定的，如图1b至1e中的情形。第三部件23然后可由使用者以可选择的方式沿负的旋转方向-ω或沿正的旋转方向ω旋转。可利用根据本发明的枢转接头装置以精确方式反复再现如图3a、3b所示的组合止挡位置。

如果使用者使第三部件23沿旋转方向ω旋转离开图3a、3b的组合止挡位置，则第三部件23然后借助第三部件23的止挡面25a压靠在第二部件22的止挡面25b上，直至产生第一释放力矩，并且第一部件21的止挡面24a与第二部件的磁性止挡面24b之间的磁性固定被释放。使用者通过克服第一部件21与第二部件22之间的滑动摩擦进一步沿旋转方向迫压并停止在根据图3c、3d的任意相对位置处，在该相对位置处第一部件21和第三部件23借助静摩擦相对于彼此保持，以使得所述相对位置不会由于小于静摩擦的轻微的力而被释放。因此，可利用所述铰接装置进行显微操纵器装置的安全操作。

如果使用者使第三部件23沿与旋转方向ω相反的方向即方向-ω旋转离开图3a、3b的组合止挡位置，第一部件21因而借助第一部件21的止挡面24a压靠在第二部件22的止挡面24b上，直至产生第二释放力矩，且第三部件23的止挡面25a与第二部件的磁性止挡面25b之间的磁性固定被释放。使用者通过克服第三部件23与第二部件22之间的滑动摩擦进一步沿负的旋转方向迫压并停止在根据图3e、3f的任意相对位置处，在该相对位置处第一部件21和第三部件23借助静摩擦相对于彼此保持。

图4示出了具有各种仪器和保持装置1的细胞生物学工作站100。该工作站包括显微镜101、带有其电控装置111的构造为毛细管保持器106的压电微致动器106、具有带有操纵杆的操作装置31的微定位装置(10，31)和借助缆线装置121与其连接的移动装置10。移动装置31是显微操纵器装置的一部分。该移动装置的毛细管106安装成可动的并且可借助移动装置的驱动以高级别的精度移动。例如如图1a至1e的示例性实施例所述的铰接装置被用来以舒适和精确的方式手动地将显微操纵器装置的两个构件相对于彼此布置并且将它们固定在期望的目标位置。

移动装置10的驱动装置具有三个步进电机(未示出)，保持装置1可借助所述步进电机沿笛卡尔坐标系的三个轴x’、y’、z’移动，所述移动根据由使用者引起的位置变化x、y、z而由操作装置31的输出信号控制。操作装置借助操纵杆的移动/偏移来控制在x-y平面的方向上的移动。还可以借助特别在z方向上的操纵杆按钮的旋转轮来控制该操作装置。该工作站可具有其他仪器，例如用于将液体泵入毛细管中的微型泵、第二操纵杆装置等。所述仪器通常布置在实验台110上。可选的踏板控制装置可以布置在台的下方。

所述工作站的使用者在典型应用(例如执行ICSI)中将例如带有细胞的皮氏培养皿放置在(此示例中为倒置的)显微镜101的工作面102上，然后将可借助滑动件103手动移动的移动装置20移动到皮氏培养皿附近，然后相对较快地沿皮氏培养皿的方向手动地移动带毛细管107的毛细管保持器106，特别直至该毛细管保持器浸入容纳于皮氏培养皿中的生长介质中。这种情况下，非常有利的是显微操纵器装置的构成部件能够特别仅利用一只手以舒适的方式借助根据本发明的连接装置并排布置或对齐并固定。

借助根据本发明的枢转接头装置，毛细管107的毛细管末端可简单和快速地且同时极为精确地移动离开目标位置和离开显微镜的透镜视野，并且可再次以精确的方式移回到目标位置和透镜视野内而不需要对显微镜进行的进一步调节操作或借助针对该目的所需的微定位装置。借助该铰接装置，操作序列变得高效且同时符合人体功率学(ergonomical)。

可以在不借助于微定位装置的情况下以足够的精度并以合适的分辨率对显微镜执行手动定位，即调节操纵器臂的构件相对于彼此的位置以获得显微镜上合适的操作位置(或构型)。在带样品的样品器皿未布置在显微镜的样品器皿接纳装置中的情况下，通过使处于显微镜的透镜视野内的光轴与毛细管对准，仅调节大约1-2mm。由于滑块元件在凹槽中的精确的轴向移动性，待朝向彼此移位的构件的平移始终以精确的方式沿凹槽纵向轴线进行。

一旦已手动移动毛细管保持器，微定位装置便借助操纵杆和移动装置以电机控制的方式精确地定位。使用者借助对焦轮104利用一只手调节毛细管末端与细胞之间的光学焦距以观察毛细管末端与细胞上的目标点之间的距离。通过使操纵杆稍微偏离以在细胞附近实现对在此情况下为50nm-15μm的范围内的精度控制。在本申请的示例中，有利的是能用一只手直观并舒适地实现工作站及其仪器、特别是铰接装置1’的操作。

图5示出了显微操纵器装置200，其具有可用在如图4所示的工作站中的根据本发明的铰接装置214。

显微操纵器装置200具有保持臂201。该保持臂201具有凹槽部202和凹槽部202’。保持装置203’被开发为角连接器并具有两个滑块204’。与第一保持装置203’相似的第二保持装置203不可见，因为它被保持它的移动装置211、212、213遮住。保持臂201被紧固在显微镜的支承件上。诸如两个移动装置的装置可在保持臂201的中央凹部205的两侧安装在两个保持装置203’、203上。

移动装置用于使用毛细管保持器206和保持装置209来定位工具、特别是毛细管207。该移动装置具有三个主构件，即用于在z方向上移动的电机单元211、用于在y方向上移动的电机单元212和用于在x方向上移动的电机单元213。电机单元211、212、213分别具有带凹槽部211c、212c、213c的第一板部211a、212a、213a，和带凹槽部211c’、212c’、213c’的被驱动的第二板部211b、212b、213b，该第二板部211b、212b、213b布置成可分别相对于板部211a、212a、213a线性地移动。角连接器12分别设置为第一板部211a、212a与第二板部211b、212b之间的连接元件。

在第一板部213a与第二板部212b之间设置有可枢转的连接元件214，即根据本发明的铰接装置，其允许手动地使具有紧固在其上的构件的电机单元213绕z轴枢转，并实现毛细管207在目标位置的精确布置。铰接装置214可以是上述枢转接头装置20。这种情况下，枢转接头装置20的第三部件23借助凹槽-榫舌接头经由弹簧元件23d和板部212c的凹槽212c’与板部212c连接，并且第一部件21借助凹槽-榫舌接头经由弹簧元件21d和板部213a的凹槽213c与板部213a连接。由于枢转接头装置20，模块组213、209、206、207与板部212c连接成可枢转的。根据本发明的铰接装置——其使枢转臂能够借助根据本发明的使用铰接装置的方法以舒适、精确的方式布置、对齐和固定——以此方式供图5中的显微操纵器装置使用。

Claims (13)

1.一种在显微操纵器装置的情况下用于引导构件相对运动到目标位置、特别是运动到操作位置的铰接装置(10；20)，所述铰接装置

至少具有一个第一部件(11；21)、一个第二部件(12；22)和一个第三部件(13；23)，

其中，所述第一部件(11；21)和所述第二部件(12；22)一起连接成能动的，以执行第一相对运动，

其中，所述第二部件(12；22)和所述第三部件(13；23)一起连接成能动的，以执行第二相对运动，

至少具有一个第一止挡装置(14；24)和一个第二止挡装置(15；25)，

其中，借助于所述第一止挡装置(14；24)所述第一相对运动被阻挡在第一止挡位置，在所述第一止挡位置处所述第一部件(11；21)和第二部件(12；22)沿第一方向彼此碰撞，

其中，借助于所述第二止挡装置(15；25)所述第二相对运动被阻挡在第二止挡位置，在所述第二止挡位置处所述第二部件(12；22)和第三部件(13；23)沿第二方向彼此碰撞，

至少具有一个引起第一固定力的第一固定装置(16；26)和一个引起第二固定力的第二固定装置(17；27)，

其中，所述第一部件(11；21)和第二部件(12；22)借助于所述第一固定装置(16；26)克服沿负的第一方向定向的释放力保持在所述第一止挡位置，直至所述释放力超过所述第一固定力，

其中，所述第二部件(12；22)和第三部件(13；23)借助于所述第二固定装置(17；27)克服沿负的第二方向定向的释放力保持在所述第二止挡位置，直至所述释放力超过所述第二固定力，

并且其中，一组合止挡位置能设定为所述目标位置，在所述目标位置处，存在所述第一止挡位置和所述第二止挡位置两者，

所述铰接装置至少具有一个第一导引装置(18；28)和一个第二导引装置(19；29)，其中，所述第一相对运动由所述第一导引装置引导且所述第二相对运动由所述第二导引装置引导，其中，所述第一相对运动沿第一运动路径延伸到正的或负的第一方向上，并且其中，所述第二相对运动沿第二运动路径延伸到正的或负的第二方向上，其中，特别是所述第一运动路径和第二运动路径是平行的。

2.根据权利要求1所述的铰接装置，其中，所述第一相对运动是绕第一旋转轴线A的旋转且所述第一方向对应于绕所述旋转轴线A沿正的旋转方向的旋转，并且其中，所述第二相对运动是绕第二旋转轴线B的旋转且所述第二方向对应于绕所述旋转轴线B沿正的旋转方向的旋转。

3.根据前述权利要求中任一项所述的铰接装置，其中，所述第一固定装置和第二固定装置分别具有至少一个磁性元件。

4.根据前述权利要求中任一项所述的铰接装置，

所述铰接装置具有为了以阻力阻挡所述第一相对运动的目的而构造的第一保持装置，需要至少一个第一分离力来克服所述阻力，并且

所述铰接装置具有为了以阻力阻挡所述第一相对运动的目的而构造的第二保持装置，需要至少一个第二分离力来克服所述阻力。

5.根据权利要求4所述的铰接装置，其中

所述第一保持装置具有第一摩擦装置，所述第一摩擦装置在所述第一相对运动期间引起第一滑动摩擦并且在所述第一部件和第二部件的相对不动的位置处引起第一静摩擦，至少需要所述第一分离力来克服所述滑动摩擦和静摩擦，并且

所述第二保持装置具有第二摩擦装置，所述第二摩擦装置在所述第二相对运动期间引起第二滑动摩擦并且在所述第一部件和第二部件的相对不动的位置处引起第二静摩擦，至少需要所述第二分离力来克服所述滑动摩擦和静摩擦。

6.根据权利要求4或5所述的铰接装置，其中，第一释放力和第二释放力分别大于所述第一分离力和/或第二分离力。

7.根据权利要求4、5或6中任一项所述的铰接装置，其中

所述第一摩擦装置具有作为辅助元件的可弹性变形的环形件，所述环形件相对于第一旋转轴线A同心地布置且被夹持在所述第一部件与所述第二部件之间以引起所述第一滑动摩擦和第一静摩擦，并且

所述第二摩擦装置具有作为辅助元件的可弹性变形的环形件，所述环形件相对于第二旋转轴线B同心地布置且被夹持在所述第二部件与所述第三部件之间以引起所述第二滑动摩擦和第二静摩擦。

8.根据前述权利要求中任一项所述的铰接装置，其中，所述第一部件和所述第三部件分别具有用于特别是借助凹槽/榫舌接头紧固另一个构件的紧固装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的铰接装置，所述铰接装置具有第四部件，其中所述第三部件和所述第四部件一起连接成能动的以特别是借助第三导引装置来执行第三相对运动，所述铰接装置具有第三止挡装置，借助于所述第三止挡装置，所述第三相对运动被阻挡在第三止挡位置，在所述第三止挡位置处所述第三部件和所述第四部件沿第三方向彼此碰撞，并且所述铰接装置具有第三固定装置，所述第三部件和所述第四部件借助于所述第三固定装置克服沿负的第三方向定向的释放力保持在所述第三止挡位置，直至所述释放力超过第三固定力，并且其中，第二组合止挡位置能设定为第二目标位置，在所述第二目标位置处，存在所述第二止挡位置和所述第三止挡位置两者。

10.根据前述权利要求中任一项所述的铰接装置，其中，所述第一相对运动和第二相对运动是能以度数为单位测量的旋转，并且其中，所述组合止挡位置的设定精度q为q<＝(+-)5*10^-1度，其中优选地q<＝(+-)10^-1度，并且其中优选地q<＝(+-)5*10^-2度。

11.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的铰接装置的显微操纵器装置。

12.根据前述权利要求中任一项所述的铰接装置供细胞生物学或微生物学工作站的显微操纵器装置使用的用途。

13.一种特别是在用于特别使用显微操纵器装置微操纵人造物体或生物学物体、特别是活细胞或微生物的方法的情况下使用根据权利要求1至10中任一项所述的铰接装置的方法，该方法具有以下步骤中的至少一个步骤：

(i)将所述铰接装置的目标位置设定为操作位置，在所述操作位置，特别是与所述铰接装置连接的显微操纵工具、特别是毛细管或微解剖工具位于离所述物体的期望距离处；

(ii)从所述第一止挡位置开始、特别是从所述目标位置开始：执行所述铰接装置的第一部件和第二部件之间的第一相对运动，特别是沿旋转方向ω的旋转，直至所述第一部件和所述第二部件布置在第一相对位置；

(iii)从所述第二止挡位置开始、特别是从所述目标位置开始：执行所述铰接装置的第三部件和第二部件之间的第二相对运动，特别是沿相反的旋转方向-ω的旋转，直至所述第三部件和所述第二部件布置在第二相对位置；

(iv)从步骤(ii)中所述的第一相对位置或步骤(iii)中所述的第二相对位置开始：执行所述第一部件和/或所述第三部件的手动处理，特别是移除和/或释放与所述第一部件或所述第三部件连接的操纵工具(工具更换)；

(v)从步骤(ii)中所述的第一相对位置或步骤(iii)中所述的第二相对位置开始：对待操纵的物体执行处理，特别是移除或添加培养介质、缓冲液或溶液，移除所述物体和/或增加另一个物体。

(vi)从步骤(ii)中所述的第一相对位置和/或步骤(f)中所述的第二相对位置开始：通过手动使所述铰接装置枢转离开所述第一相对位置和/或所述第二相对位置来将所述铰接装置重新定位在所述目标位置或操作位置。