IT8909590A1 - Dispositivo di microcomando - Google Patents

Description

organo inerziale ? applicato ad un braccio attra- ? verso un elemento piezoelettrico/el ettrorestrittivo .

D E S C R I Z I O N E

Questa invenzione si riferisce ad un dispositivo di

microcomando capace di applicare una forza di azionamento sull'ordine del micro- o nano-metro ad un

corpo comandato. Pi? specificatamente, l'invenzione

si riferisce ad un dispositivo di microcomando applicabile ad un meccanismo di comando di lavoro per

un micromanipolatore usato in biotecnologia, un

meccanismo di posizionamento per effettuare il posizionamento tra un oggetto manipolato ed uno strumento in miniatura per la manipolazione, e un robot

o meccanismo articolato che deve effettuare un movimento di precisione.

Un dispositivo per realizzare il movimento di precisione per mezzo di una forza d'urto usando un

elemento piezoelettrico (o un elemento elettrostrittivo) ? stato precedentemente proposto

dall'inventore della presente domanda ed ? stato

descritto come Domanda di Brevetto Giapponese pubblicata (KOKAI) No. 63-299785.

Verranno ora descritte le caratteristiche generali

della struttura e del funzionamento di questo dispositivo convenzionale per effettuare il movimento di precisione con riferimento alle Figg.. da 1 a 4. Il dispositivo per effettuare il movimento di precisione include un organo mobile 2, un organo inerziale 3 ed un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 4 accoppiante gli organi 2 e 3 insieme, e adattato in modo che l'organo mobile 2 sia disposto su una base 1 e ivi mantenuto dalla forza di attrito.

Applicando una tensione all'elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 4, l'organo inerziale 3 viene accelerato e la sua reazione ? utilizzata per determinare il movimento dell'organo mobile 2. Ci? rende possibile un movimento di precisione di 10 um fino a 10 um attraverso un semplice meccanismo. Il principio del movimento ? il seguente: nel caso in cui l'organo mobile 2 venga mosso verso sinistra (+), come illustrato in Fig. 3, l'elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 4, che si trova nello stato contratto mostrato in Fig. 3(a), viene dapprima esteso repentinamente come illustrato in Fig. 3(b), l'organo mobile 2 e l'organo inerziale 3 allontanandosi l'uno dall'altro. In seguito, quando l'elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 4 viene tirato indietro, come mostrato in Fig. 3(c), e poi repentinamente arrestato quando esso ritorna alla sua lunghezza originale, come illustrato in Fig. 3(d), l'organo inerziale 3 viene urtato dall'elemento mobile 2. Come risultato, l'organo mobile 2 viene spostato verso sinistra come mostrato in Fig. 3 (e). Nel caso in cui l'organo mobile viene mosso verso destra (-), come illustrato in Fig. 4, l'organo piezoelettrico restrittivo 4, che ? nello stato esteso mostrato in Fig. 4(a), viene dapprima repentinamente contratto, . come mostrato in Fig. 4(b). Ci? determina l'avvicinamento dell'organo mobile 2 e dell'organo inerziale 3 l'uno verso l'altro. In seguito, come illustrato in Fig. 4(c), quando l?elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 4 viene tirato indietro lentamente, come mostrato in Fig. 4(c), e quindi arrestato repentinamente quando esso ritorna alla sua lunghezza originale come rappresentato in Fig. 4(d), l'organo mobile 2 viene spostato verso destra come mostrato in Fig. 4(e). Sebbene un corpo comandato possa essere spostato (o ruotato) secondo la tecnica anteriore, ? necessaria una notevole ingegnosit? per utilizzare questa tecnica in un campo di applicazione che richiede il controllo del microcromando tipico dei micromanipolatori.

Nei micromanipolatori convenzionali che realizzano operazioni di estrema precisione, vengono utilizzati mezzi basati sulla pressione idraulica, sulla forza elettromagnetica o dispositivi come meccanismi di comando di lavoro per muovere un sottile ago di vetro rispetto ad una cellula, e come meccanismi di posizionamento per ottenere il posizionamento tra un oggetto manipolato ed uno strumento in miniatura per manipolazione. Nella tecnica anteriore, quindi, il meccanismo di comando di lavoro ed il meccanismo di posizionamento di questi micromanipolatori sono di grande dimensione.

Inoltre, l?operazione relativamente grossolana del meccanismo di comando di lavoro del micromanipolatore, l'operazione di precisione.dello strumento in miniatura previsto per la manipolazione, e l'operazione del congegno di posizionamento per il posizionamento tra 1'oggetto e lo strumento in miniatura, sono controllate singolarmente e usando sistemi di comando separati. Per questa ragione, il dispositivo non ? solo di grande dimensione ma ? anche di struttura complicata.

Inoltre, queste operazioni comportano ancora fasi che dipendono da un controllo basato sull'intervento umano e quindi richiedono per questo controllo un operatore specializzato.

La presente invenzione ? stata concepita per risolvere i problemi di cui sopra ed un primo scopo di essa ? fornire un dispositivo di microcomando per controllare in modo estremamente preciso un'opera-, zione mediante una struttura semplice e compatta. Un secondo scopo della presente invenzione ? fornire un dispositivo di microcomando con il quale la posizione, direzione ?d angolo di un oggetto o di uno strumento siano micro-controllati liberamente. Per ottenere i suddetti scopi, la presente invenzione prevede che lo strumento in miniatura per la manipolazione sia applicato ad un organo mobile supportato in modo mobile da un organo di supporto fissato al corpo principale di un micromanipolatore, ed un organo generante una forza di micro-azionamento comprendente un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo ed un organo inerziale fissati all'elemento essendo applicati all'organo mobile. Applicando un campo elettrico all'elemento piezoelettrico/elettrorestrittivo per muovere il medesimo, l'elemento mobile viene comandato per eseguire una manipolazione.

L'organo mobile ? supportato sull'organo di supporto applicato all'estremit? pi? distante di un meccanisrao di posizionamento per ottenere il posizionamento tra un oggetto manipolato ed uno strumento in miniatura per la manipolazione, ed il posizionamento ? realizzato tra l'oggetto e lo strumento in miniatura per la manipolazione mediante un'operazione simile,a quella'descritta sopra.

L'organo mobile pu? essere rotato liberamente di 360? per attrito ed ? supportato sull'organo di supporto applicato ad un braccio che pu? ruotare di 360? intorno al suo asse. Controllando il movimento dell'organo generante la forza di micro-azionamento, la posizione, direzione ed angolo di questo possono essere variati a piacere.

La Fig. 1 ? una vista laterale illustrante il dispositivo convenzionale per effettuare il movimento di precisione;

la Fig. 2 ? una vista in pianta illustrante il dispositivo convenzionale per effettuare il movimento di precisione;

le Figg. da 3(a) a 3(e) e le Figg. da 4(a) a 4(e) sono viste illustranti il principio di movimento del dispositivo convenzionale per effettuare il movimento di precisione;

la Fig. 5 ? una vista?in prospettiva di un micromanipolatore illustrante una prima forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. 6 ? una vista in pianta di un micromanipolatore illustrante una seconda forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. 7 ? una Vista in sezione secondo la linea A-A di Fig. 6;

la Fig. 8 ? una vista in sezione secondo la linea B-B di Fig. 6;

la Fig. 9 ? una vista in prospettiva di un micromanipolatore illustrante una terza forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. IO ? una vista in sezione secondo la linea C-C di Fig. 9;

la Fig. 11 ? una vista in prospettiva di un micromanipolatore illustrante una quarta forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. 12 ? una vista in sezione secondo la linea D-D di Fig. Il;

la Fig. 13 ? una vista in prospettiva di un micromanipolatore illustrante una quinta forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. 14 ? una vista in sezione secondo la linea E-E di Fig. 13;

la Fig. 15 ? una vista laterale di un micromanipolatore illustrante una sesta forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. 16 ? una vista frontale del micromanipolatore illustrante la sesta forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. 17 ? una vista in prospettiva di un congegno articolato del micromanipolatore illustrante la prima forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. 18 (a) ? una vista in sezione di una porzione articolata illustrante una prima forma di attuazione del congegno articolato mostrato in Fig. 17;

la Fig. 18 (b) ? una vista in sezione di una porzione articolata illustrante una seconda forma di attuazione del congegno articolato mostrato in Fig. 17;

la Fig. 19 ? una vista in pianta illustrante lo stato in cui gli organi generanti la forza di micro-azionamento sono applicati ad un braccio del congegno articolato di Fig. 17;

la Fig. 20 ? una vista in prospettiva di un congegno articolato del micromanipolatore illustrante la seconda forma di attuazione della presente invenzione;

la Fig. 21 ? una vista in pianta illustrante un esempio di disposizione di generatori di forza di micro-azionamento applicati ad un braccio del congegno articolato di Fig. 20;

la Fig. 22 ? una vista mostrante in modo schematico la disposizione di un congegno multi-articolato di un micromanipolatore secondo la presente invenzione; e

la Fig. 23 ? una vista parziale in prospettiva del congegno multi-articolato mostrato in Fig. 22.

Verranno appresso descritte in dettaglio forme di attuazione della presente invenzione con riferimento ai disegni.

Come mostrato in Fig. 5, un micromanipolatore secondo una prima forma di attuazione della presente invenzione include un organo di supporto 11 conformato in modo da avere un foro passante nel quale un organo mobile 12 ? supportato in modo amovibile a mezzo di una superficie di attrito 15. L'organo mobile 12 ha una porzione dell'estremit? pi? distante alla quale viene montato in modo amovibile, mediante un attrezzo 16, uno strumento in miniatura 13 per la manipolazione. Un organo generante la forza di micro-azionamento 14 ? previsto su una porzione posteriore d'estremit? dell'organo mobile 12. Pi? specificatamente, un ?rgano Inerziale 14a ? accoppiato alla porzione posteriore d?estremit? dell'organo mobile 12 a mezzo di un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 14b. La superficie d'attrito 15 ? composta di ceramica, metallo, resina, gomma o simile. Un campo elettrico viene applicato all'elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 14b dell'organo generante la forza di micro-azionamento 14 per muovere il medesimo, per cui l'organo mobile 12 viene sottoposto ad un microcomando utilizzando questa energia cinetica, l'azione inerziale dell'organo inerziale 14a e la forza di reazione agente sull'organo mobile 12. Come risultato, un oggetto fissato all'organo mobile 12 viene interessato dallo strumento in miniatura 13 per la manipolazione.

La quantit? di moto dell'organo mobile 12 ? controllata variando il valore della tensione applicata all'elemento piezoelettrico/elettrostri ttivo 14b, per cui ? possibile ottenere sia un funzionamento relativamente grossolano, che ? lo scopo del movimento, sia un funzionamento di precisione, che ? lo scopo della manipolazione, per mezzo del solo organo generante la forza di micro-azionamento 14. In questo modo la struttura del micromanipolatore convenzionale pu? essere semplificata e resa pi? compatta.

Verr? appresso descritta una seconda forma di attuazione della presente invenzione con riferimento alle Figg. da 6 a 8.

Come mostrato nelle Figg. da 6 a 8, un organo di supporto 21 comprende due piastre, una sopra l'altra. Le due piastre sono assemblate elasticamente a mezzo di quattro bulloni 29 ciascuno provvisto -di una molla a spirale 27 tenuta fissa ad un'estremit? da una vite di arresto 28. Un foro passante di forma cilindrica viene quindi ricavato nella parte centrale dell'organo di supporto assemblato 21, ed un organo cilindrico mobile 22 ? insediato nel foro passante. Pi? specificatamente, l'elemento mobile 22 ? supportato in modo amovibile a mezzo della superficie di attrito 25 del foro passante. L'organo mobile 22 ha la porzione pi? distante d'estremit? alla quale viene montato in modo amovibile, a mezzo di un attrezzo 30, uno strumento in miniatura 23 per la manipolazione. L'organo mobile 22 presenta anche una porzione posteriore d'estremit? provvista di un organo generante forza di mico-azionamento 24. Cio?, un organo inerziale 24a viene accoppiato alla porzione posteriore d'estremit? dell'organo mobile 22 a mezzo di un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 24b.

In questa forma di attuazione, le caratteristiche distintive sono costituite dal fatto che la lunghezza della porzione di contatto tra l'organo mobile 22 e la superficie d'attrito 25 ? resa pi? piccola della lunghezza dell'organo di supporto 21|, e che l'organo generante la forza di midro-azionamento 24 ? ricevuto dentro l'organo di supporto 21, e che l'organo di supporto 21 ? diviso in due met?, superiore ed inferiore, la porzione di met? superiore essendo provvista di molle a spirale 27 in grado di regolare la forza di attrito.

Verr? ora descritta una terza forma di attuazione della presente invenzione con riferimento? alle Figg. 9 e IO.

Secondo questa forma di attuazione, un organo di supporto 33 comprende un magnete permanente, la superficie superiore del quale ? provvista di una superficie d'attrito 35 comprendente un magnete permanente avente una gola triangolare. Un organo mobile 42 comprendente un corpo magnetico, avente una sezione trasversale rettangolare, ? posizionato sulla superficie d'attrito 35. Pi? specificatamente, l'organo mobile 32 ? tenuto in stretto contatto con la superficie d'attrito 35 da una forza d'attrazione magnetica ed ? supportato sull'organo di supporto 31. L'organo mobile 32 ha la porzione pi? distante d'estremit? nella quale viene montato in modo amovibile, a mezzo di un attrezzo 36, uno strumento in miniatura per la manipolazione. L'organo mobile 32 presenta anche una porzione posteriore d'estremit? provvista di un organo 34' generante una forza di micro-azionamento. Cio?, un organo inerziale 34a viene accoppiato alla porzione posteriore d'estremit? dell'organo mobile 32 attraverso un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 34b. Come risultato della forza di azionamento fornita dall'elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 34b, l'organo mobile 32 viene fatto muovere vincendo la forza d'attrito della superficie d'attrito 35 prodotta dalla forza d'attrazione magnetica.

Questa forma di attuazione rende possibile fornire un mezzo di supporto notevolmente semplificato p>er un organo mobile.

E1 anche possibile adottare una disposizione in cui sia l'organo mobile 32 che l'organo di supporto 31 sono magneti permanenti e si attraggono l'uno con 1'altro.

Verr? ora descritta una quarta forma di attuazione della presente invenzione con riferimento alle Figg. 11 e 12.

In questa forma di attuazione, la superficie superiore di un organo di supporto 41 ? provvista di una superficie d'attrito 45 avente una gola di forma cilindrica semicircolare. Un organo mobile 42 avente una sezione trasversale circolare ? posizionato sulla superficie d'attrito 45. L'organo mobile 42 ? tenuto a forza dalle estremit? libere di molle a leonina 46 le cui porzioni di base sono assicurate ad entrambe le estremit? della dell'organo di supporto 41 mediante fissaggi 47. L'organo mobile 42 viene quindi supportato elasticamente sull'organo di supporto 41. Pi? specificatamente, l'organo mobile 42 viene supportato in modo amovibile attraverso la superficie d'attrito 45. L'organo mobile 42 ha la porzione pi? distante d'estremit? a cui viene montato, a mezzo di un attrezzo 48, uno strumento in miniatura per la manipolazione. L'organo mobile 42 presenta anche una porzione posteriore d'estremit? provvista di un organo 44 generante una forza di micro-azionamento. Cio?, un organo inerziale 44a ? accoppiato alla porzione posteriore d'estremit? dell'organo mobile 42 attraverso un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 44b. La forza d'attrito pu? essere regolata a seconda del numero di molle a lamina 46 e della forza elastica propria delle molle a lamina 46. Regolando opportunamente la forza elastica delle molle?a lamina 46 pu? essere ottenuta una precisa forza d'attrito. Questa forma di attuazione rende anche possibile fornire un mezzo di supporto notevolmente semplificato per un organo mobile.

Verr? ora descritta una quinta forma di attuazione della presente invenzione con riferimento alle Figg. 13 e 14.

In questa forma di attuazione, la superficie superiore di un organo di supporto 51 ? provvista di una superficie di attrito 55 avente una gola in forma di triangolo. Un organo mobile 52 la cui superficie inferiore ? ricavata per presentare una sporgenza con sezione trasversale triangolare in modo da corrispondere alla superficie d'attrito 55 sulla quale ? posizionata. Una cornice 56 viene costruita sulla superficie superiore dell'organo di supporto 51, e la cornice 56 supporta aste di spinta 58. Le aste di spinta 58 sono spinte contro le tre facce dell'organo mobile 52 dalla forza delle molle a spirale 57 avvolte su di esse, per cui l'organo mobile risulta supportato. L'organo mobile 52 presenta la porzione pi? distante d'estremit? a cui viene montato in modo amovibile, mediante un attrezzo 59, uno strumento in miniatura 53 per la manipolazione. L'organo mobile 52 presenta anche una porzione posteriore d'estremit? provvista di un organo 54 generante una forza di micro-azionamento. Cio?, un organo inerziale 54a ? accoppiato alla porzione posteriore d'estremit? dell'organo mobile 52 attraverso un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 54b. La forza d'attrito pu? essere regolata a seconda del numero di molle a spirale 57 e della forza elastica propria delle molle a spirale 57.

Pertanto, nelle forme di attuazione dalla terza fino alla quinta descritte prima, viene previsto un meccanismo di supporto per un organo mobile usando un organo di supporto di tipo aperto.

Verr? ora descritta una sesta forma di attuazione della presente invenzione con riferimento alle Figg. 15 e 16.

Come mostrato nelle Figg. 15 e 16, un braccio rotante 66 supportante un organo mobile 62 ? collegato ad un braccio articolato 68 avente pi? gradi di libert? ed ? provvisto di una molla a spirale avvolta su di esso. Il braccio rotante 66 viene sottoposto ad un moto rotatorio intorno all'albero 71 tenuto da una forza d'attrito utilizzante, la forza elastica della molla a spirale 67. Il braccio articolato 68 avente pi? gradi di libert? presenta un corpo sferico 69 previsto nella sua porzione inferiore. Il corpo sferico 69 ? in stretto contatto con una base 61 attraverso una superficie d'attrito 65 ed ? trattenuto dalla forza di attrito di questa. Come mostrato in Figg. da 6 a 8, il braccio rotante 66 comprende due piastre, una sopra all'altra, le piastre sono montate insieme elasticamente mediante molle a spirale avvolte intorno a bulloni 75 e assicurate saldamente ad un'estremit?, ed un organo mobile di forma cilindrica 62 ? accolto nella parte centrale tra le piastre. Inoltre, come indicato nelle Figg. 7 e 8, la porzione posteriore d'estremit? dell'organo mobile 62 ? provvista di un organo generante una forza di micro-azionamento comprendente un elemento pie zoelettrico-elettrostrittivo ed un organo inerziale accoppiato alla porzione posteriore d'estremit? attraverso l'elemento piezoelettrico/re-strittivo. Questi componenti possono essere alloggiati dentro l'organo di supporto.

Un organo generante una forza di micro-azionamento 64 ? previsto sul braccio articolato 66 e sul bracci? articolato 68 aventi pi? gradi 'di libert?. L'organo 64 generante la forza di micro-azionamento applicato al braccio articolato 68 ? disposto in una posizione disassata rispetto all'asse centrale del braccio 68.

Applicando un campo elettrico ad un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 64b dell'organo generante la forza di micro-azionamento 64 per produrre il movimento, il braccio rotante 66 ed il braccio articolato 68 aventi pi? gradi di libert? sono micro-azionati utilizzando questa energia cinetica, l'azione inerziale dell'organo inerziale 64a e la forza di reazione o forza di attrito agente sull'organo mobile 62. Di conseguenza, un oggetto viene movimentato dallo strumento in miniatura 63 per manipolazione, fissato all'organo mobile 62. Ci? rende possibile controllare l'operazione di posizionamento tra un oggetto ed uno strumento in miniatura 63 per manipolazione. Mezzi convenzionali come una micropipetta, microaghi o microforbici possono essere usati come strumento in miniatura 63 previsto per la manipolazione.

Pertanto, il micromanipolatore della presente invenzione ? pi? piccolo e pi? semplice di quelli della tecnica anteriore e pu? essere utilizzato efficaciemente nel campo della biotecnologia per scopi come iniettare quantit? minime di un materiale dentro una cellula, rimuovere un nucleo da una cellula o inserire un nucleo in una cellula usando uno strumento in miniatura per la manipolazione. Inoltre, il meccanismo,di posizionamento della presente invenzione pu? essere utilizzato come meccanismo di comando di un congegno di posizionamento di precisione come una mano operativa.

Come descritto sopra dettagliatamente, la presente invenzione fornisce i seguenti vantaggi.

(l) Un organo generante una forza di micro-azionamento utilizzante una forza d'urto ? applicato ad un meccanismo di comando di lavoro. Come risultato, l'operazione relativamente grossolana del meccanismo di comando di lavoro e l'operazione di precisione di uno strumento in miniatura per manipolazione possono essere controllate da un s?ngolo meccanismo d? comando.

Di conseguenza, la struttura del meccanismo di comando di lavoro pu? essere ridotta in dimensione e semplificata, e la sua funzionalit? pu? essere migliorata. Inoltre, il costo di fabbricazione del dispositivo risulta diminuito e l'affidabilit? aumentata.

? applicato ad un meccanismo di comando di lavoro ed a un congegno di posizionamento per ottenere il posizionamento tra un oggetto manipolato ed uno strumento in miniatura per la manipolazione. Come risultato, il controllo dell'operazione del micromanipolatore pu? essere effettuato interamente controllando la tensione applicata all'elemento piezoelettrico/elettrostri ttivo.

Di conseguenza, la struttura del micromanipolatore pu? essere ridotta in dimensione e semplificata. Inoltre, il costo di fabbricazione del micromanipolatore risulta ridotto e l'affidabilit? migliorata. (3) Il controllo nell'ordine di nanometri ? reso possibile dal controllo di comando e dal controllo di posizionamento eseguiti da un organo generante la forza di micro-azionamento che utilizza una forza d'urto. Poich? ci? fornisce pi? gradi di libert? in termini di condizioni di lavoro di quanto sia possibile con la tecnica anteriore ed elimina parti dipendenti dal controllo attraverso l'intervento umano, come ? richiesto nella tecnica anteriore, il dispositivo ? in grado di essere controllato semplicemente senza necessit? di un operatore altamente specializzato.

(4) Poich? la struttura del meccanismo di comando ? semplificata, certi organi come un braccio rotante o una pipetta, possono essere combinati liberamente, e sono anche possibili modificazioni nella configurazione.

Verr? ora descritto un congegno articolato del micromanipolatore secondo la presente invenzione con riferimento alle Figg. da 17 a 19.

Come mostrato nelle Figg. da 17 a 19, un braccio 81 ha una sezione trasversale rettangolare ed include una porzione articolata 82. Come mostrato in Fig. 18(a), quest'ultima comprende un corpo sferico 83 ed un organo di supporto 84 conformato in maniera da avere una superficie concava 85 che riceve il corpo sferico 83. Una molla 89 che applica una forza d'attrito al corpo sferico 83 ? prevista dentro la porzione articolata 82 e preme il corpo sferico 83 attraverso una sede per molla 90. La forza elastica della molla 89 pu? essere liberamente regolata mediante una vite 91. Di conseguenza, la forza d'attrito del corpo sferico 83 pu? essere liberamente aggiustata. E' possibile adottare una disposizione in cui sia utilizzata la forza elettromagnetica o la forza elettrostatica per controllare la forza d'attrito.

La struttura della porzione articolata non ? particolarmente limitata. Come mostrato in Fig. 18(b), pu? essere ricavata una superficie conica 85' invece della superficie concava 85 ed il corpo sferico 83 pu? essere impegnato con essa per formare una superficie di attrito. In altre parole, jla struttura della porzione articolata 82_pu? essere tale che la sua forza d'attrito produca attrito per un arco di 360?.

Inoltre, un organo generante forza di micro-azionamento 86 comprendente un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo 87 (vedere la Fig. 19) ed un organo inerziale 88 essendo applicato orizzontalmente al braccio 81. Come mostrato in Fig. 19, l'organo generante la forza di micro-azionamento 86 ? applicato a ciascuna delle quattro facce laterali del braccio 81 ed ? disposto in una posizione disassata rispetto all'asse centrale del braccio 81. Verr? ora descritto il funzionamento del congegno articolato con riferimento alla Fig. 19.

Dapprima, quando viene applicato il moto in direzione (vedere la Fig. 3) ad un organo generante la forza di micro-azionamento 86-A, e la stessa quantit? di moto in direzione - (vedere la Fig. 4) ? applicata ad un organo generante la forza di miero-azionamento 86-C, il braccio 81 sviluppa una forza di azionamento in direzione della freccia y, in conseguenza della quale il braccio 81 si inclina nella direzione y. Quando viene applicato il moto nella direzione ad un organo generante la forza di micro-azionamento 86-B, e la stessa quantit? di moto nella direzione - ? applicata ad un organo generante la forza di micro-azionamento 86-D, il braccio 81 sviluppa una forza di azionamento in direzione della freccia x, in conseguenza della quale il braccio 81 si inclina in direzione x.

In seguito, quando viene indotto il moto in direzione a ciascuno degli organi generanti la forza di micro-azionamento 86-A, 86-C, il braccio 81 sviluppa una forza di azionamento in direzione della freccia 0, in conseguenza della quale il braccio 81 ruota nella direzione 0. Inoltre, se il moto nella direzione viene indotto in ciascuno degli organi generanti la forza di micro-azionamento 86-B, 86-D; si verifica lo stesso moto di rotazione.

Quello di cui sopra ? il funzionamento ' fondamentale. Il braccio pu? essere controllato per avere qualunque direzione o angolo di rotazione selezionando opportunamente le posizioni nelle quali sono applicati gli organi generanti la forza di microazionamento, le forze di azionamento di essi, le direzioni in cui queste forze sono applicate e le. tensioni applicate agli elementi piezoelettrici/elettrostrit-tivi , e controllando le configurazioni delle tensioni applicate e le forze risultanti.

Inoltre, la quantit? di moto del braccio pu? essere controllata nell'ordine compreso tra micrometri e nanometri variando la configurazione di tensione o la frequenza d'impulso della tensione applicata agli elementi piezoelettrici/elettrostrittivi.

Invece del braccio 81 avente la forma rettangolare della forma di attuazione descritta sopra, pu? essere usato un braccio 92 avente sezione trasversale triangolare, come mostrato nelle Figg. 20 e 21, con un organo generante la forza di micro-azionamento 86 applicato a ciascuna delle facce laterali del braccio 92. Anche in questo caso gli organi generanti la forza di micro-azionamento 86 sono disposti in posizioni decentrate rispetto all'asse centrale del braccio 92.

Come illustrato nelle Figg. 22 e 23, il congegno articolato sopra descritto pu? essere costruito come un congegno multiarticolato esteso, in due fasi.

In queste figure il braccio 81 ? supportato in modo tale da potersi inclinare e ruotare liberamente in ogni punto della porzione articolata 82, e l'estremit? libera del braccio 81 ha una pluralit? di organi generanti la forza di micro-azionamento 86 applicati ad esso. Come risultato, pu? essere realizzato un movimento articolato di precisione del braccio 81 rispetto alla porzione articolata 82 alla quale ? applicata la forza di attrito. Pi? specificatamente, l'organo generante la forza di micro-azionamento 86 ? applicato a ciascuna delle quattro facce laterali del braccio 81, e viene alimentata una tensione a seconda della sequenza prestabilita dagli amplificatori di azionamento 93 agli elementi'piezoelettrici /elettro-strittivi 87 per comandare il medesimo, per cui i bracci 81 risultano soggetti a microcontrollo. I segnali di controllo emessi da un computer 95 entrano negli amplificatori di azionamento 93 attraverso convertitori C/A (corrente continua/corrente alternata) 94.

Di conseguenza, pu? essere realizzata in modo rapido e preciso una grande variet? di operazioni articolate in un micromanipolatore o simile, e pu? essere migliorato il rendimento funzionale.

L'invenzione pu? essere applicata alcontollo dell'assetto di una base per provini in un microscopio. Inoltre, nel caso in cui l'orientamento di un asse ottico debba essere modificato da un prisma o da uno specchio, quest'ultimi possono essere applicati ad un braccio in grado di fornire un controllo altamente preciso del prisma o dello specchio.

Inoltre, poich? ? possibile comandare un braccio mediante la semplice applicazione di un organo generante la forza di micro-azionamento utilizzante un elemento piezoelettrico/elettrostrittivo al braccio, la configurazione globale del dispositivo pu? essere ridotta. In altre parole, la presente invenzione ? particolarmente efficace nei campi della strumentazione elettronica, della biotecnologia e del1'apparecchiature ottiche che richiedono una maggiore miniaturizzazione.

La presente invenzione non ? limitata alle forme di attuazione di cui sopra che possono pertanto essere modificate in vari modi basati sull'essenza di essa senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Un micromanipolatore caratterizzato dal fatto che comprende: (a) un organo di supporto fisso; (b) un organo mobile supportato in modo amovibile su detto orgeino di supporto a mezzo di una superficie di frizione; (c) uno strumento in miniatura per manipolazione fissato a detto organo mobile; e (d) un organo generante una forza di micro-azionamento, che utilizza forza d'urto, applicato a detto, organo mobile.
2. 2) Micromanipolatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto organo generante forza di micro-azionamento ? interno al detto organo di supporto.
3. 3) Micromanipolatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto organo mobile ? supportato usando un organo di supporto di tipo aperto.
4. 4) Un micromanipolatore caratterizzato dal fatto che comprende: (a) un organo di supporto applicato ad una porzione operativa d'estremit? di un congegno di posizionamento per realizzare il posizionamento tra un oggetto manipolato ed uno strumento in miniatura per la manipolazione; (b) un organo mobile supportato su detto organo di supporto a mezzo di una superficie di attrito; (c) uno strumento in miniatura per manipolazione fissato a detto organo mobile; e (d) un organo generante una forza di 'micro-azionamento, che utilizza una forza d'urto, applicato a detto organo mobile.
5. 5) Micromanipolatore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto organo generante la forza di micro-azionamento utilizzante una forza d'urto ? applicato al congegno di posizionamento per effettuare il posizionamento tra l?oggetto manipolato e lo strumento in miniatura per la manipolazione .
6. 6) Un micromanipolatore caratterizzato dal fatto che comprende: (a) un organo di supporto; (b) un braccio supportato in un punto a mezzo di una superficie d'attrito di detto organo di supporto in modo da potersi inclinare liberamente in qualunque direzione; (c) un organo generante una forza di micro-azionamento, che utilizza forza d'urto, applicato a detto braccio; e (d) uno strumento in miniatura per manipolazione operativamente associato al funzionamento di detto braccio.
7. 7) Un congegno articolato di un micromanipolatore caratterizzato dal fatto che comprende: (a) un organo di supporto; (b) un braccio supportato in un punto a mezzo di una superficie d'attrito di detto organo di supporto in modo da potersi inclinare liberamente in qualunque direzione; e (c) un organo generante una forza di micro-azionamento, che utilizza una forza d'urto, applicato a detto braccio.
8. 8) Congegno articolato del micromanipolatore secondo 3a rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la direzione di azionamento di detto organo generante la forza di micro-azionamento ? disassata rispetto ad un asse centrale di detto braccio, e che sono applicati due o pi? di detti organi generanti la forza di micro-azionamento.
9. 9) Congegno articolato del micromanipolatore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che il detto braccio ? supportato girevole liberamente rispetto al suo asse centrale ed ? adattato in modo che il suo angolo di rotazione ? controllabile liberamente.
10. 10) Un micromanipolatore caratterizzato dal fatto che comprende: (a) un braccio supportato in un punto in modo da potersi inclinare liberamente in qualunque direzione mediante una superficie di attrito dell'organo di supporto; e (b) un congegno articolato di micromanipolatore comprendente un organo generante la forza di micro-azionamento, ,che utilizza una forza d'urto, applicato a detto braccio; (c) una pluralit? di detti congegni articolati previsti in serie e disposti in una struttura multiarticolata.