FR2640903A1 - - Google Patents

Abstract

Dans ce micromanipulateur, un élément piézo-électrique/électrostrictif 14b comportant un organe inertiel 14a monté à son extrémité est fixé à un organe mobile 12 supporté sur une surface de frottement 15 d'un organe de support 11 et un instrument de manipulation miniaturisé 13 est fixé à cet organe mobile. L'application d'un champ électrique à l'élément 14b permet de commander un mouvement fin de l'instrument 13 grâce à l'énergie cinétique et à l'effet inertiel de l'organe inertiel ainsi qu'à la force de réaction agissant sur l'organe mobile. Application : entre autres microbiologie et optique.

Description

MICROKANIPULATEUR MUNI D'UN ELEMENT PIEZO-ELECTRIQUE

BLECTROSTRICTIF

La présente invention concerne un appareil d'entraînement apte à appliquer une force d'entraînement de l'ordre du micromètre ou du nanomètre à un corps entraîné. Plus particulièrement, l'invention concerne un appareil d'entraînement micrométrique pouvant être appliqué & un mécanisme d'entraînement actif pour un micromanipulateur utilisé en biotechnologie, à un mécanisme de positionnement pour effectuer le positionnement entre un objet manipulé et un instrument miniaturisé servant à une manipulation, et à un robot ou

mécanisme articulé qui est soumis à un déplacement fin.

Un appareil pour effectuer un déplacement fin au

moyen d'une force d'impact utilisant un élément piézo-

électrique (ou un élément électrostrictif) a été proposé antérieurement par l'auteur de la présente invention et a été décrit dans la Demande de Brevet Japonais N'

63-299785 ouverte à l'Inspection Publique.

On va maintenant décrire en se référant aux figures 1 à 4 les caractéristiques générales de la structure et du fonctionnement de cet appareil classique permettant d'effectuer un mouvement fin. L'appareil pour effectuer un mouvement fin comprend un organe mobile 2, un organe inertiel 3 et un élément piézo-électrique/électrostrictif 4 accouplant les organes 2 et 3 l'un à l'autre et il est adapté de manière que l'organe mobile 2 soit placé sur une base 1 et y soit

maintenu par une force de frottement.

En appliquant une tension à l'élément piézo-

électrique/électrostrictif, l'organe inertiel 3 est accéléré et sa force de réaction est utilisée pour provoquer le déplacement de l'organe mobile 2. Ceci permet d'obtenir un mouvement fin de l'ordre de 10 nm à

l'aide d'un mécanisme simple.

Le principe du déplacement est le suivant. Dans le cas o l'organe mobile 2 est déplacé vers la gauche (+), comme illustré sur la figure 3, tout d'abord l'élément piézo-électrique/électrostrictif 4, qui se trouve dans l'état contracté représenté sur la figure 3(a), s'allonge brusquement, comme illustré sur la figure 3(b), et l'organe mobile 2 ainsi que l'organe inertiel 3 s'61éloignent l'un de l'autre. Ensuite, lorsque l'élément piézo-électrique/électrostrictif 4 se rétracte lentement, comme représenté sur la figure 3(c) et s'arrête alors brusquement quand il reprend sa longueur initiale, comme représenté sur la figure 3(d), l'organe inertiel 3 soumet l'organe mobile 2 à un impact. Il en résulte que l'organe mobile 2 se déplace vers la gauche, comme représenté sur la figure 3(e). Dans le cas o l'organe mobile 2 est déplacé vers la droite, comme représenté sur la figure 4, tout d'abord l'élément piézo- électrique/électrostrictif 4, qui se trouve dans l'état allongé représenté sur la figure 4(a), se contracte brusquement, comme représenté sur la figure 4(b). Quand cela a lieu, l'organe mobile 2

et l'organe inertiel 3 se déplacent l'un vers l'autre.

Ensuite, comme représenté sur la figure 4(c), quand l'élément piézoélectrique/électrostrictif 4 se rétracte lentement, comme représenté sur la figure 4(c), puis s'arrête alors brusquement quand il reprend sa longueur initiale, comme représenté sur la figure 4(d), l'organe mobile 2 est déplacé vers la droite, comme représenté sur

la figure 4(e).

Bien qu'un corps entraîné puisse être déplacé (ou entrainé en rotation) conformément à cette technique antérieure, il faut une dextérité considérable pour utiliser cette technique dans un domaine d'application qui exige la commande d'entraînement micrométrique

typique des micromanipulateurs.

Dans les micromanipulateurs classiques qui effectuent des opérations très fines, des moyens faisant

appel & une pression hydraulique, une force électro-

magnétique ou à des systèmes mécaniques sont utilisés comme mécanismes d'entraînement actif pour déplacer une fine aiguille de verre par rapport & une cellule et comme mécanismes de positionnement pour obtenir le positionnement entre un objet manipulé et un instrument miniaturisé servant à une manipulation. Dans la technique antérieure, par conséquent, les mécanismes d'entraînement actif et les mécanismes de positionnement de ces

micromanipulateurs ont des dimensions importantes.

En outre, l'opération relativement grossière du mécanisme d'entraînement actif du micromanipulateur, l'opération fine de l'instrument miniaturisé servant à une manipulation, et l'opération du dispositif de positionnement afin d'effectuer un positionnement entre l'objet et l'instrument miniaturisé sont commandés individuellement et par utilisation de systèmes d'entraînement séparés. Pour cette raison, l'appareil a non seulement des dimensions importantes mais également

une structure compliquée.

De plus, ces opérations présentent encore des parties qui dépendent d'une commande par intervention humaine et, par conséquent, exigent un opérateur

expérimenté pour cette commande.

La présente invention a été conçue pour résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus et son premier objet est de fournir un appareil d'entraînement micrométrique permettant la commande extrêmement précise d'une

opération & l'aide d'une structure compacte et simple.

Un second objet de la présente invention est de fournir un appareil d'entraînement micrométrique à l'aide duquel on peut contr8ler librement de façon micrométrique la position, la direction et l'angle d'un objet ou d'un instrument. Pour atteindre les objets mentionnés ci-dessus, conformément & la présente invention, un instrument de manipulation miniaturisé est fixé à un organe mobile supporté de façon mobile par un organe de support fixé au corps principal d'un micromanipulateur, et un organe générateur de force d'entraînement micrométrique comprenant un élément piézo-électrique/électrostrictif et un organe inertiel fixé à cet élément sont assujettis à l'organe mobile. En appliquant un champ électrique à l'élément piézo-électrique/électrostrictif afin de le déplacer, l'organe mobile est entraîné de manière à

effectuer une manipulation.

L'organe mobile est supporté par l'organe de support assujetti à l'extrémité distale d'un mécanisme de positionnement pour effectuer un positionnement entre un objet manipulé et un instrument de manipulation miniaturisé, et on obtient un positionnement entre l'objet manipulé et l'instrument de manipulation miniaturisé par une opération similaire à celle décrite ci-dessus. L'organe mobile peut être entraîné en rotation librement sur 360' par frottement et est supporté par l'organe de support assujetti à un bras pouvant tourner de 360' autour de son axe. En commandant le mouvement de l'organe générateur de force d'entraînement micrométrique, on peut modifier à volonté sa position, sa

direction et son angle.

On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue de c8té illustrant l'appareil classique servant à effectuer un mouvement fin; la figure 2 est une vue en plan illustrant l'appareil classique servant à effectuer un mouvement fin; les figures 3(a) à 3(e) et les figures 4(a) & 4(e) sont des vues servant à décrire le principe du déplacement de l'appareil classique servant à effectuer un mouvement fin;

la figure 5 est une vue en perspective d'un mirco-

manipulateur illustrant un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est une vue en plan d'un micromanipulateur illustrant un second mode de réalisation de la présente invention; la figure 7 est une vue en coupe suivant A-A de la figure 6; la figure 8 est une vue en coupe suivant B-B de la figure 6; la figure 9 est une vue en perspective d'un micromanipulateur illustrant un troisième mode de réalisation de la présente invention la figure 10 est une vue en coupe suivant C-C de la figure 9; la figure 11 est une vue en perspective d'un micromanipulateur illustrant un quatrième mode de réalisation de la présente invention; la figure 12 est une vue en coupe suivant B-B de la figure 11; la figure 13 est une vue en perspective d'un micromanipulateur illustrant un cinquième mode de réalisation de la présente invention; la figure 14 est une vue en coupe suivant E-E de la figure 13; la figure 15 est une vue de c8té d'un micromanipulateur illustrant un sixième mode de réalisation de la présente invention; la figure 16 est une vue de face du micromanipulateur illustrant le sixième mode de réalisation de la présente invention la figure 17 est une vue en perspective d'un dispositif articulé du micromanipulateur illustrant le premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 18(a) est une vue en coupe d'une partie articulée illustrant un premier mode de réalisation du dispositif articulé représenté sur la figure 17; la figure 18(b) est une vue en coupe d'une partie articulée illustrant un second mode de réalisation du dispositif articulé représenté sur la figure 17; la figure 19 est une vue en plan illustrant l'état dans lequel les organes générateurs de force d'entraînement micrométrique sont fixés & un bras du dispositif articulé de la figure 17; la figure 20 est une vue en perspective d'un dispositif articulé du micromanipulateur illustrant le second mode de réalisation de la présente invention; la figure 21 est une vue en plan illustrant un exemple de l'agencement des générateurs de force d'entraînement micrométrique fixés à un bras du dispositif articulé de la figure 20; la figure 22 est une vue montrant schématiquement l'agencement d'un dispositif à articulations multiples d'un micromanipulateur selon la présente invention; et la figure 23 est une vue en perspective partielle du dispositif à articulations multiples représenté sur la

figure 22.

Comme on peut le voir sur la figure 5, un micromanipulateur selon un premier mode de réalisation de la présente invention comprend un organe de support 11 formé de manière à comporter un trou traversant dans lequel un organe mobile 12 est supporté de façon mobile

par l'intermédiaire d'une surface 15 de frottement.

L'organe mobile 12 comporte une partie terminale distale à laquelle un instrument de manipulation miniaturisé 13 est monté de façon librement amovible &- l'aide d'un élément de montage ou tenon 16. Un organe 14 générateur de force d'entraînement micrométrique est présent sur la partie terminale arrière de l'organe mobile 12. Plus spécifiquement, un organe inertiel 14a est accouplé à la partie terminale arrière de l'organe mobile 12 par l'intermédiaire d'un élément piézo-électrique/ électrostrictif 14b. La surface 15 de frottement est composée d'un métal, d'une céramique, d'une résine, d'un caoutchouc ou analogue. On applique un champ électrique à l'élément piézo-électrique/électrostrictif 14b de l'organe 14 générateur de force d'entraînement micrométrique pour déplacer cet élément, grâce à quoi on soumet l'élément mobile 12 à un entraînement micrométrique en utilisant cette énergie cinétique, l'action inertielle de l'organe inertiel 14a et la force de réaction agissant sur l'organe mobile 12. Il en résulte qu'un objet est traité par l'instrument de

manipulation miniaturisé 13 fixé à l'organe mobile 12.

On commande l'amplitude du déplacement de l'organe mobile 12 en modifiant la valeur de la tension appliquée à l'élément piézoélectrique/électrostrictif 14b, grâce à quoi on peut obtenir à l'aide du seul organe 14 générateur de force d'entraînement micrométrique, à la fois une opération relativement grossière qui est le but du déplacement et une opération fine qui est le but de la manipulation. De cette façon, il est possible de simplifier et de rendre plus compacte la structure du

micromanipulateur classique.

On va maintenant décrire en se référant aux figures 6 & 8 un second mode de réalisation de la présente invention. Comme représenté sur les figures 6 à 8, un organe

de support 21 comprend deux plaques, l'une sur l'autre.

Les deux plaques sont assemblées élastiquement l'une à l'autre à l'aide de quatre boulons 29 munis chacun d'un ressort hélicoidal 27 maintenu fixe à l'une de ses extrémités par un écrou de réglage 28. Un trou traversant cylindrique est formé dans la partie centrale de l'organe de support assemblé 21 et un organe mobile cylindrique 22 est logé à l'intérieur du trou traversant. Plus spécifiquement, l'organe mobile 22 est supporté de façon déplaçable par l'intermédiaire de la surface de frottement 25 du trou traversant. L'organe mobile 22 comporte une partie terminale distale sur laquelle est montée un instrument de manipulation miniaturisé 23 au moyen d'un élément de montage 30. L'organe mobile 22 comporte également une partie terminale arrière munie d'un organe 24 de génération de force d'entraînement micrométrique. Un organe inertiel 24a est accouplé à la partie terminale arrière de l'organe mobile 22 par l'intermédiaire d'un élément piézo-électrique/

électrostrictif 24b.

Dans ce mode de réalisation, les points caractéristiques sont que la longueur de la partie de contact entre l'organe mobile 22 et la surface 25 de frottement est plus petite que la longueur de l'organe de support 21 et que l'organe 24 générateur de force d'entraînement micrométrique est logé à l'intérieur de l'organe de support 21 et, en outre, que l'organe de support 21 est divisé en moitiés supérieure et inférieure, la demi-partie supérieure étant pourvue des ressorts

hélicoïdaux 27 pouvant régler la force de frottement.

On va maintenant décrire en se référant aux figures 9 et 10 un troisième mode de réalisation de la présente invention. Selon ce mode de réalisation, un organe de support 31 comprend un aimant permanent dont la surface supérieure est pourvue d'une surface 35 de frottement comprenant un aimant permament comportant une rainure de section triangulaire. Un organe mobile 42 comprenant un corps magnétique ayant une section droite rectangulaire est placé sur la surface de frottement 35. Plus spécifiquement, l'organe mobile 32 est maintenu en contact intime avec la surface 35 de frottement par une force d'attraction magnétique et est supporté par l'organe de support 31. L'organe mobile 32 comporte une partie terminale distale, sur laquelle est montée de façon démontable un instrument de manipulation

miniaturisé 33 à l'aide d'un élément de montage 36.

L'organe mobile 32 comporte une partie terminale arrière munie d'un organe 34 générateur de force d'entraînement micrométrique. Un organe inertiel 34a est accouplé à la partie terminale arrière de l'organe mobile 32 par

l'intermédiaire d'un élément piézo-électrique/électro-

strictif 34b. Il résulte de la force d'entraînement fournie par 1'élément piézo-électrique/électrostrictif 34b que l'organe mobile 32 est amené à se déplacer en surmontant la force de frottement de la surface 35 de

frottement produite par la force d'attraction magnétique.

Ce mode de réalisation permet d'obtenir un moyen de

support très simplifié pour un organe mobile.

Il est également possible d'adopter un agencement dans lequel à la fois l'organe mobile 32 et l'organe de support 31 sont des aimants permanents et s'attirent

mutuellement.

On va décrire en se référant aux figures 11 et 12

un quatrième mode de réalisation de la présente invention.

Dans ce mode de réalisation, la surface supérieure de l'organe 41 de support est pourvue d'une surface 45 de frottement comportant une rainure semi-cylindrique. Un organe mobile 42 ayant une section droite circulaire est placé sur la surface 45 de frottement. L'organe mobile 42 est retenu fermement par les extrémités libres de lames 46 de ressort dont les parties de base sont fixées aux deux c8tés de la surface supérieure de l'organe 41 de support par des éléments de fixation 47. L'organe mobile 42 est de ce fait supporté élastiquement sur l'organe 41 de support. Plus spécifiquement, l'organe mobile 42 est supporté de façon mobile par l'intermédiaire de la surface 45 de frottement. L'organe mobile 42 comporte une partie terminale distale sur laquelle un instrument de manipulation miniaturisé 43 est monté de façon amovible à l'aide d'un élément de fixation 48. L'organe mobile 42 comporte aussi une partie terminale arrière munie d'un organe 44 de génération de force d'entraînement micrométrique.Un organe inertiel 44a est couplé & la partie terminale arrière de l'organe mobile 42 par

l'intermédiaire d'un élément piézo-électrique/électro-

strictif 44b. On peut ajuster la force de frottement à l'aide du nombre de lames de ressort 46 et de la force élastique de ces lames de ressort 46 elles-mêmes. En calculant de façon appropriée la force élastique des lames de ressort 46, on peut obtenir une force de

frottement précise.

Ce mode de réalisation permet également d'obtenir un moyen de support extrêmement simplifié pour un organe

mobile.

On va décrire en se référant aux figures 13 et 14

un cinquième mode de réalisation de la présente invention.

Dans ce mode de réalisation, la surface supérieure d'un organe 51 de support est pourvue d'une surface 55 de frottement comportant une rainure de section droite triangulaire. Un organe mobile 52, dont la surface inférieure est formée de manière à comporter une saillie ayant une section droite triangulaire de façon à correspondre à la surface 55 de frottement, est placé sur cette surface. Un châssis 56 est monté sur la surface supérieure de l'organe 51 de support et ce châssis 56 supporte des poussoirs 58. Les poussoirs 58 sont poussés contre les trois faces de l'organe mobile 52 par la force de ressorts hélicoïdaux 57 enroulés sur ces poussoirs,

grâce à quoi l'organe mobile 52 se trouve supporté.

L'organe mobile 52 comporte une partie terminale distale sur laquelle est monté de façon amovible l'instrument de manipulation miniaturisé 53 à l'aide d'un élément de montage 59. L'organe mobile 52 comporte également une partie terminale arrière munie d'un organe 54 générateur de force d'entraînement micrométrique. L'organe inertiel 54a est accouplé à la partie terminale arrière de

l'organe mobile 52 par l'intermédiaire d'un élément piézo-

électrique/électrostrictif 54b. On peut ajuster la force de frottement à l'aide du nombre des ressorts hélicoïdaux 57 et de la force élastique de ces ressorts hélicoïdaux

57 eux-mêmes.

Ainsi, dans les troisième à cinquième modes de réalisation décrits cidessus, on forme un mécanisme de support d'organe mobile en utilisant un organe de support

du type ouvert.

On va maintenant décrire en se référant aux figures et 16 un sixième mode de réalisation de la présente invention. Comme on peut le voir sur les figures 15 et 16, un bras rotatif 66 supportant un organe mobile 62 est relié & un bras articulé 68 présentant plusieurs degrés de liberté et un ressort hélicoïdal 67 est enroulé sur ce bras articulé. Le bras rotatif 66 subit un mouvement de rotation autour d'un arbre rotatif 71 retenu par une force de frottement utilisant la force élastique du ressort hélicoïdal 67. Le bras articulé 68 présentant plusieurs degrés de liberté comporte un corps sphérique 69 & sa partie inférieure. Le corps sphérique 69 est en contact intime avec une base de support 61 par l'intermédiaire d'une surface 65 de frottement et est retenu par la force de frottement de celui-ci. Comme on peut le voir sur les figures 6 à 8, le bras rotatif 66 comprend deux plaques, l'une au-dessus de l'autre, ces plaques étant assemblées de façon élastique l'une à l'autre par des ressorts hélicoïdaux enroulés autour de boulons 75 et assujettis de façon fixe à une de leurs extrémités et un organe mobile 62 de forme cylindrique est logé dans la partie centrale entre les plaques. En outre, comme représenté sur les figures 7 et 8, la partie terminale arrière de l'organe mobile 62 est pourvue d'un organe générateur de force d'entraînement micrométrique comprenant un élément pi6zo- électrique/électrostrictif et un organe inertiel accouplé à la partie d'extrémité

arrière par l'intermédiaire de l'élément piézo-

électrique/électrostrictif. Ces composants peuvent être

logés à l'intérieur de l'élément de support.

Un organe 64 générateur de force d'entraînement micrométrique est disposé sur le bras rotatif 66 et sur le bras articulé 68 présentant plusieurs degrés de liberté. L'organe 64 générateur de force d'entraînement micrométrique, fixé au bras articulé 68, est disposé dans

une position décalée par rapport à l'axe du bras 68.

En appliquant un champ électrique à un élément piézoélectrique/électrostrictif 64b de l'organe 64 générateur de force d'entraînement micrométrique pour produire le déplacement, on soumet à un entraînement micrométrique le bras rotatif 66 et le bras articulé 68 présentant plusieurs degrés de liberté en utilisant cette énergie cinétique, l'action inertielle de l'organe inertiel 64a et la force de réaction ou force de frottement agissant sur l'organe mobile 62. Le résultat est qu'un objet est traité par l'instrument de

manipulation miniaturisé 63 fixé à l'organe mobile 62.

Ceci permet de commander l'opération de positionnement entre un objet et un instrument de manipulation

miniaturisé 63. Les moyens classiques, tels qu'une micro-

pipette, une micro-aiguille ou des microciseaux peuvent 8tre utilisés comme instruments de manipulation

miniaturisés 63.

Ainsi, le micromanipulateur de la présente invention est plus compact et plus simple que celui de la technique antérieure et peut être utilisé avec efficacité dans le domaine de la biotechnologie à des fins telles que l'injection de quantités infimes d'une matière dans une cellule, l'extraction d'un noyau ou d'une cellule ou l'insertion d'un noyau dans une cellule en utilisant un instrument de manipulation miniaturisé. En outre, le mécanisme de positionnement de la présente invention peut être utilisé comme mécanisme d'entraînement d'un dispositif de positionnement de

précision, tel qu'une main artificielle.

Comme décrit en détail ci-dessus, la présente invention procure les avantages suivants: (1) un organe générateur de force d'entraînement micrométrique utilisant une force d'impact est fixé à un mécanisme d'entraînement d'instrument de travail. Il en résulte que l'on peut commander à l'aide d'un seul mécanisme d'entraînement l'opération relativement grossière du mécanisme d'entraînement d'instrument de travail et l'opération fine d'un instrument de

manipulation miniaturisé.

Par conséquent, on peut réduire les dimensions et simplifier le mécanisme d'entraînement d'instrument de travail et on peut en améliorer la capacité de fonctionnement. En outre, le prix de revient de

l'appareil est réduit et sa fiabilité augmentée.

(2) Un organe générateur de force d'entraînement micrométrique utilisant une force d'impact est fixé à un mécanisme d'entraînement d'instrument de travail et à un dispositif de positionnement pour obtenir un positionnement entre un objet manipulé et un instrument de manipulation miniaturisé. Il en résulte que l'on peut commander le fonctionnement d'un micromanipulateur entièrement par commande de la tension appliquée à

l'élément piézo-électrique/électrostrictif.

Par conséquent, on peut réduire les dimensions et simplifier la structure du micromanipulateur. En outre, le prix de revient du micromanipulateur est réduit et la

fiabilité de ce micromanipulateur augmentée.

(3) Une commande de l'ordre du nanomètre est possible grâce à la commande d'entraînement et à la commande de positionnement effectuées par un élément générateur de force d'entraînement micrométrique utilisant une force d'impact. Du fait que cette commande assure, en ce qui concerne les conditions de travail, un degré de liberté plus grand que celui qu'il était possible d'obtenir dans la technique antérieure et du fait qu'elle supprime les parties qui dépendent de la commande par intervention humaine, comme cela était nécessaire dans la technique antérieure, l'appareil peut tre commandé de façon simple sans exiger un opérateur

très expérimenté.

(4) Du fait que la structure du mécanisme d'entraînement est simplifiée, des organes tels qu'un bras rotatif ou une pipette peuvent être combinés aisément et des modifications dans la conception sont possibles. On va maintenant décrire en se référant aux

figures 17 à 19 un dispositif articulé du micro-

manipulateur selon la présente invention.

Comme représenté sur les figures 17 à 19, un bras 81 présente une section droite rectangulaire et comprend une partie articulée 82. Comme on peut le voir sur la figure 18(a), cette dernière comprend un corps sphérique 83 et un organe de support 84 formé de manière à présenter une surface concave 85 qui reçoit le corps sphérique 83. Un ressort 89 qui applique une force de frottement au corps sphérique 83 est disposé à l'intérieur de la partie articulée 82 et pousse le corps sphérique 83 vers le haut par l'intermédiaire d'un siège de ressort. On peut ajuster à volonté la force élastique du ressort 89 à l'aide d'une vis 91. Par conséquent, on peut ajuster à volonté la force de frottement du corps sphérique 83. Il est possible d'adopter un agencement dans lequel on utilise une force électromagnétique ou une force électrostatique pour

régler la force de frottement.

La structure de la partie articulée 82 n'est pas limitée de façon particulière. Comme représenté sur la figure 18(b), on peut former une surface conique 85' à la place de la surface concave 85 et le corps sphérique 83

peut y être engagé pour former une surface de frottement.

En d'autres termes, la structure de la partie articulée 82 peut être telle que sa surface de frottement produise un frottement sur 360 En outre, un organe 86 générateur de force

d'entraînement micrométrique comprenant un élément piézo-

électrique/électrostrictif 87 (voir figure 19) et un organe inertiel 88 sont fixés horizontalement au bras 81. Comme représenté sur la figure 19, l'organe 86 générateur de force d'entraînement micrométrique est fixé à chacune des quatre faces latérales du bras 81 et est placé à une

position décalée par rapport à l'axe du bras 81.

On va maintenant décrire en se référant à la figure

19 le fonctionnement du dispositif articulé.

Tout d'abord, quand un mouvement dans la direction + (voir figure 3) est appliqué à un élément 86-A générateur de force d'entraînement micrométrique et que le même degré de mouvement dans la direction - (voir figure 4) est appliqué à un organe 86-C générateur de force d'entraînement micrométrique, le bras 81 développe une force d'entraînement dans la direction de la flèche y, ce qui a pour conséquence que le bras 81 s'incline dans la direction y. Quand un mouvement dans la direction + est appliqué à un organe 86-B générateur de force d'entraînement micrométrique et que le même degré de

mouvement dans la direction - est appliqué & un organe 86-

D générateur de force d'entraînement micrométrique, le bras 81 développe une force d'entraînement dans la direction de la flèche x, avec pour conséquence que le

bras 81 s'incline dans la direction x.

Ensuite, quand un mouvement dans la direction + est appliqué & chacun desorganes 86-A, 86-C générateur de force d'entraînement micrométrique, le bras 81 développe une force d'entraînement dans la direction de la flèche 0 avec pour conséquence que le bras 81 pivote dans la direction B. En outre, si un mouvement dans la direction + est appliqué à chacun des organes 86-B, 86-D générateur de force d'entraînement micrométrique, le même mouvement

de pivotement a lieu.

Ce qui précède est le fonctionnement fondamental.

On peut commander le bras pour obtenir n'importe quelle direction ou angle de pivotement en choisissant de façon appropriée les positions auxquelles les organes générateurs de force d'entraînement micrométrique sont fixés, ainsi que leurs forces d'entraînement, les directions dans lesquelles ces forces sont appliquées et les tensions appliquées aux éléments piézo-électriques/ électrostrictifs et en agissant de façon appropriée sur les combinaisons de tensions appliquées et sur les forces

résultantes.

De plus, on peut agir sur l'amplitude du déplacement du bras dans un ordre de grandeur allant du micromètre au nanomètre en modifiant la combinaison de tensions ou la cadence des impulsions de la tension

appliquée aux éléments piézo-électriques/électro-

strictifs. Au lieu du bras 81 présentant une forme de section droite rectangulaire dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on peut utiliser un bras 92 ayant une section droite triangulaire régulière, comme représenté sur les figures 20 et 21, avec un organe 86 générateur de force d'entraînement micrométrique fixé & chacune des trois faces latérales du bras 92. Dans ce cas également, les organes 86, générateurs de force d'entraînement micrométrique, sont placés dans des positions décalées

par rapport & l'axe du bras 92.

Comme illustré sur les figures 22 et 23, on peut réaliser le dispositif articulé décrit ci-dessus sous la forme d'un dispositif multi-articulé s'étendant sur deux étages. Ici, le bras 81 est supporté de manière à pouvoir incliner et pivoter librement en un point de la partie articulée 82 et l'extrémité libre du bras 81 comporte une pluralité d'organes 86 générateurs de force d'entraînement micrométrique qui y sont fixés. Il en résulte que l'on peut obtenir un mouvement articulé fin du bras 81 autour de la partie articulée 82 à laquelle est appliquée une force de frottement. Plus spécifiquement, l'organe 86 générateur de force d'entraînement micrométrique est fixé & chacun des quatre côtés du bras 81 et une tension conforme à une séquence préétablie est fournie par des amplificateurs de commande 93 aux éléments piézoélectriques/électrostrictifs 87 pour commander ces éléments, grâce à quoi les bras 81 sont soumis & une commande micrométrique. Des signaux de commande émis par un calculateur 95 sont appliqués aux amplificateurs de commande 93 par l'intermédiaire de

convertisseurs numériques/analogiques 94.

Il en résulte que l'on peut réaliser rapidement et avec précision une grande diversité d'opérations d'un dispositif articulé dans un micromanipulateur ou analogue et que l'on peut améliorer le rendement du fonctionnement. L'invention peut être utilisée pour commander

la position d'un support d'échantillon dans un microscope.

De plus, dans un cas o l'orientation d'un axe optique doit être modifiée par un prisme ou un miroir, ce dernier peut être fixé à un bras pour permettre une commande

extrêmement précise du prisme ou du miroir.

En outre, du fait que l'on peut entraîner un bras simplement en fixant un organe générateur de force

d'entraînement micrométrique utilisant un élément piézo-

électrique/électrostrictif & ce bras, on peut réduire la configuration globale de l'appareil. En d'autres termes, la présente invention est particulièrement efficace dans les domaines des instruments électroniques, dans la biotechnologie et dans le matériel optique, lesquels

exigent une miniaturisation plus grande.

La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et il est bien entendu que l'on peut y apporter des variantes ou des

modifications dans le cadre de la présente invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Micromanipulateur caractérisé par le fait qu'il comprend: (a) un organe de support fixe (11;21;31;41;51;61); (b) un organe mobile (12;22; 32;42;52;62;68) supporté de façon amovible dans ledit organe de support par l'intermédiaire d'une surface de frottement (15;25;35;

;55;65);

(c) un instrument de manipulation miniaturisé (13; 23;33;43;53;63) fixé audit organe mobile; et (d) un organe (14;24;34;44;54;64) générateur de force d'entraînement micrométrique qui utilise une force

d'impact et qui est fixé audit organe mobile.

2. Micromanipulateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe générateur de force d'entraînement micrométrique est logé intérieurement dans

ledit organe de support.

3. Micromanipulateur selon la revendication 1, dans lequel ledit organe mobile est supporté par un organe de

support du type ouvert.

4. Micromanipulateur caractérisé par le fait qu'il comprend: (a) un organe de support (11;21;31;41;51;61) fixé à une partie terminale active d'un dispositif de positionnement pour effectuer le positionnement entre un objet manipulé et un instrument de manipulation miniaturisé; (b) un organe mobile (12;22;32;42;52;62;68) supporté de façon mobile par ledit organe de support par l'intermédiaire d'une surface de frottement (15;25; 35;45;

;65);.

(c) un instrument de manipulation miniaturisé (13; 23;33;43;53;63) fixé audit organe mobile; et (d) un organe (14;24;34;44;54;64) de génération de force d'entraînement micrométrique qui utilise une force

d'impact et qui est fixé audit organe mobile.

5. Micromanipulateur selon la revendication 4, caractérisd par le fait que l'organe générateur de force d'entraînement micrométrique utilisant une force d'impact est fixé au dispositif de positionnement pour effectuer un positionnement entre l'objet manipulé et l'instrument

de manipulation miniaturisé.

6. Micromanipulateur caractérisé par le fait qu'il comprend: (a) un organe de support (61); (b) un bras (68) supporté en un point par une surface de frottement (65) de l'organe de support de manière à pouvoir osciller librement dans n'importe quelle direction; (c) un organe (64) générateur de force d'entraînement micrométrique qui utilise une force d'impact et qui est fixé audit bras; et (d) un instrument de manipulation miniaturisé (63) associé fonctionnellement audit bras en vue d'une opération.

7. Micromanipulateur, caractérisé par le fait qu'il comprend: (a) un organe de support (61); (b) un bras (68) supporté en un point par une surface de frottement (65) dudit organe de support de manière à pouvoir osciller librement dans n'importe quelle direction; et (c) un organe (64) générateur de force d'entraînement micrométrique qui utilise une force

d'impact et qui est fixé audit bras.

8. Micromanipulateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la direction d'entraînement de l'organe (64) générateur de force d'entraînement micrométrique est décalé par rapport à l'axe dudit bras et que deux ou plus de deux organes (64) générateurs de

force d'entraînement micrométrique sont fixés audit bras.

9. Micromanipulateur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit bras est supporté de façon à tourner librement autour de son axe et est adapté de manière que son angle de rotation puisse être réglé à volonté.

10. Micromanipulateur caractérisé par le fait qu'il comprend: (a) un bras (68) supporté par une surface de frottement d'un organe de support (61) de manière à pouvoir osciller librement dans n'importe 4uelle direction; et (b) un dispositif articulé de micromanipulateur comprenant un organe (64) générateur de force d'entra!nement micrométrique qui utilise une force d'impact et qui est fixé audit bras; plusieurs dispositifs articulés pouvant être montés en série et

étant agencés en une structure multi-articulée.