JP2006058368A - Three-dimensional positioning apparatus - Google Patents

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JP2006058368A JP2004237316A JP2004237316A JP2006058368A JP 2006058368 A JP2006058368 A JP 2006058368A JP 2004237316 A JP2004237316 A JP 2004237316A JP 2004237316 A JP2004237316 A JP 2004237316A JP 2006058368 A JP2006058368 A JP 2006058368A
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Masanobu Takahashi
正信 高橋
Yukio Motojima
由紀夫 本島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional positioning apparatus which has a simple structure capable of positioning various types of manipulator such as a probe, tweezers, and syringe, by a simple operation and with high degree of freedom. <P>SOLUTION: The manipulator three-dimensional positioning apparatus includes: a base; a first rotating support section supported by the base with a first shaft and rotated together with the first shaft or rotated independently around the first shaft; a second rotating support section supported by the first rotating support section with a second shaft perpendicular to the first shaft and rotated together with the second shaft or rotated independently around the second shaft; and a third rotating support section, adopted for the support of the manipulator, supported by the second rotating support section with a third shaft perpendicular to the second shaft and rotated together with the third shaft or independently around the third shaft. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、微小な対象物を操作するために用いるプローブ、ピンセットあるいはシリンジなどのマニプレータの三次元位置決め装置に関する。   The present invention relates to a three-dimensional positioning device for a manipulator such as a probe, tweezers or a syringe used for operating a minute object.

バイオテクノロジの分野において、プローブ、ピンセットあるいはシリンジなどのマニプレータにより顕微鏡視野下で細胞などの微小な対象物を操作(例、細胞の選別あるいは細胞内への薬剤の投入など)するために、マニプレータの三次元位置決め装置が用いられている。三次元位置決め装置にマニプレータを取り付けた三次元マニピュレーション装置は、バイオテクノロジの分野に限らず、微小な電子部品や機械部品などの対象物を操作する際にも用いられている。   In the field of biotechnology, manipulators such as probes, tweezers or syringes are used to manipulate minute objects such as cells (eg, sorting cells or loading drugs into cells) under a microscope field. A three-dimensional positioning device is used. A three-dimensional manipulation device in which a manipulator is attached to a three-dimensional positioning device is used not only in the field of biotechnology but also when manipulating objects such as minute electronic parts and mechanical parts.

三次元位置決め装置は、マニプレータを、対象物が搭載されるステージ表面の互いに直交するX軸方向及びY軸方向、そしてこれらの軸により形成される平面に直交するZ軸方向のそれぞれに直線的に移動させ位置決めする。また、三次元位置決め装置としては、マニプレータの移動の自由度を高めるために、これをZ軸を中心として回転できるように構成したものも知られている。   The three-dimensional positioning device linearly moves the manipulator in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other on the surface of the stage on which the object is mounted, and in the Z-axis direction orthogonal to the plane formed by these axes. Move and position. In addition, as a three-dimensional positioning device, there is also known a configuration in which the manipulator can be rotated around the Z axis in order to increase the degree of freedom of movement of the manipulator.

特許文献1には、X軸及びY軸方向への任意の移動が可能で、そして顕体加工試料(対象物)の表面上の所定の軸を中心とする傾斜回転駆動が可能な可動ベース、この可動ベース上に支持体を介して固定された、顕微鏡の光軸(Z軸)を中心として回転駆動が可能なマニピュレータベース、そしてこのマニピュレータベース上に設置された、X軸、Y軸及びZ軸方向への任意の移動が可能であるマニピュレータ駆動ユニットを備えたマイクロマニピュレーション装置(三次元位置決め装置)が開示されている。また、このマイクロマニピュレーション装置の可動ベース上には、X軸、Y軸、及びZ軸方向への任意の移動が可能でかつ回転駆動が可能なステージが設置され、顕体加工試料はこのステージ上に搭載される。そして、このような構成のマイクロマニピュレーション装置を用いることにより、顕体加工試料を顕微鏡視野下において変位、回転、転動させることができ、さらに加工用のツール(マニプレータ)であるプローブの微細かつ確実な動きが実現できるとされている。
特開2000−221409号公報
Patent Document 1 discloses a movable base that can be arbitrarily moved in the X-axis and Y-axis directions, and can be tilted and rotated around a predetermined axis on the surface of a specimen processing object (object). A manipulator base fixed on the movable base via a support and capable of rotating around the optical axis (Z axis) of the microscope, and the X, Y, and Z axes installed on the manipulator base A micromanipulation device (three-dimensional positioning device) including a manipulator drive unit capable of arbitrary movement in the axial direction is disclosed. In addition, on the movable base of the micromanipulation apparatus, a stage that can be arbitrarily moved in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and can be rotated is installed. Mounted on. By using the micromanipulation apparatus having such a configuration, the specimen can be displaced, rotated, and rolled in the microscope field of view, and the probe that is a processing tool (manipulator) is fine and reliable. Can be realized.
JP 2000-221409 A

従来の三次元位置決め装置は、特許文献1に記載のマイクロマニピュレーション装置のように、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のそれぞれに沿う直線運動を基本運動として、これにZ軸あるいはその他の方向を軸とする回転運動を付加することにより、マニプレータの高い自由度での位置決めを実現している。しかしながら、このような三次元位置決め装置は、直線運動させる機構と回転運動させる機構とを必要とするために装置構成が複雑となり易く、またマニプレータを三方向に直線運動、さらには回転運動させるために複雑な操作が必要とされる。   A conventional three-dimensional positioning device, like the micromanipulation device described in Patent Document 1, uses a linear motion along each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction as a basic motion. By adding a rotational movement with the direction as the axis, the manipulator can be positioned with a high degree of freedom. However, such a three-dimensional positioning device requires a mechanism for linear movement and a mechanism for rotational movement, so that the configuration of the apparatus tends to be complicated, and the manipulator is linearly moved in three directions and further rotated. Complex operations are required.

本発明の目的は、プローブ、ピンセットあるいはシリンジなどの各種のマニプレータを簡単な操作で且つ高い自由度で位置決めすることのできる簡単な構成の三次元位置決め装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a three-dimensional positioning device having a simple configuration capable of positioning various manipulators such as a probe, tweezers, and a syringe with a simple operation and a high degree of freedom.

本発明は、基台、この基台に第一の軸により支持され、第一の軸と共にあるいは第一の軸を中心にして独立に回転する第一の回転支持部、第一の回転支持部に、第一の軸に垂直な第二の軸により支持され、第二の軸と共にあるいは第二の軸を中心にして独立に回転する第二の回転支持部、そして第二の回転支持部に、第二の軸に垂直な第三の軸により支持され、第三の軸と共にあるいは第三の軸を中心にして独立に回転する、マニプレータ支持用の第三の回転支持部を含むマニプレータ三次元位置決め装置にある。   The present invention provides a base, a first rotation support that is supported on the base by a first shaft, and that rotates independently with or around the first shaft. And a second rotation support portion supported by a second axis perpendicular to the first axis and rotating independently with or around the second axis, and a second rotation support portion. A three-dimensional manipulator comprising a third rotating support for supporting the manipulator, supported by a third axis perpendicular to the second axis and rotating independently with or about the third axis In the positioning device.

本発明の三次元位置決め装置の好ましい態様は、下記の通りである。
(1)第一の回転支持部が基台の内部に備えられた駆動装置により回転する第一の軸と共に回転し、第二の回転支持部が第一の回転支持部の内部に備えられた駆動装置により回転する第二の軸と共に回転し、そして第三の回転支持部が第三の回転支持部の内部に備えられた駆動装置により第三の軸を中心にして独立に回転する。
(2)各々の回転支持部の回転が液体の圧力により駆動される。
Preferred embodiments of the three-dimensional positioning device of the present invention are as follows.
(1) The first rotation support portion is rotated together with the first shaft rotated by the driving device provided in the base, and the second rotation support portion is provided in the first rotation support portion. It rotates with the 2nd axis | shaft rotated by a drive device, and a 3rd rotation support part rotates independently about a 3rd axis | shaft by the drive device with which the inside of the 3rd rotation support part was equipped.
(2) The rotation of each rotation support part is driven by the pressure of the liquid.

本発明はまた、上記の本発明の三次元位置決め装置の第三の回転支持部にマニプレータを固定してなる三次元マニピュレーション装置にもある。   The present invention also resides in a three-dimensional manipulation device in which a manipulator is fixed to the third rotation support portion of the above-described three-dimensional positioning device of the present invention.

本発明の三次元位置決め装置は、その三つの回転支持部のそれぞれを回転させるという簡単な操作によって、例えば、シリンジなどのマニプレータを高い自由度で位置決めすることができ、その構成も簡単である。このような三次元位置決め装置とマニプレータから構成される三次元マニピュレーション装置は、例えば、顕微鏡視野下において細胞などの微細な対象物を操作するために有利に用いることができる。   The three-dimensional positioning device of the present invention can position a manipulator such as a syringe with a high degree of freedom by a simple operation of rotating each of the three rotation support portions, and its configuration is also simple. Such a three-dimensional manipulation device including a three-dimensional positioning device and a manipulator can be advantageously used for manipulating a fine object such as a cell under a microscope field of view.

本発明の三次元マニピュレーション装置を、添付の図面を用いて説明する。図1は、本発明の三次元マニピュレーション装置の構成例とその動作を説明する図である。   A three-dimensional manipulation apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the three-dimensional manipulation apparatus of the present invention and its operation.

図1の三次元マニピュレーション装置10は、本発明の三次元位置決め装置11に、マニプレータとして、例えば、シリンジ12が固定された構成を有している。   The three-dimensional manipulation apparatus 10 of FIG. 1 has a configuration in which, for example, a syringe 12 is fixed as a manipulator to the three-dimensional positioning apparatus 11 of the present invention.

三次元位置決め装置11は、基台30、基台30に第一の軸21により支持され、第一の軸21と共に回転する第一の回転支持部31、第一の回転支持部31に、第一の軸21に垂直な第二の軸22により支持され、第二の軸22と共に回転する第二の回転支持部32、そして第二の回転支持部32に、第二の軸22に垂直な第三の軸23により支持され、第三の軸23を中心にして独立に回転する、マニプレータ支持用の第三の回転支持部33から構成されている。   The three-dimensional positioning device 11 is supported by the base 30, the base 30 by the first shaft 21, and the first rotation support portion 31 and the first rotation support portion 31 that rotate together with the first shaft 21. A second rotation support portion 32 that is supported by a second shaft 22 that is perpendicular to one shaft 21 and rotates with the second shaft 22, and a second rotation support portion 32 that is perpendicular to the second shaft 22. A third rotation support portion 33 for supporting a manipulator, which is supported by the third shaft 23 and rotates independently about the third shaft 23, is configured.

図1に示す三次元位置決め装置11において、第一の回転支持部31は基台30の内部に備えられた駆動装置により回転する第一の軸21と共に回転し、第二の回転支持部32は第一の回転支持部31の内部に備えられた駆動装置により回転する第二の軸22と共に回転し、そして第三の回転支持部33は第三の回転支持部33の内部に備えられた駆動装置により第三の軸23を中心にして独立に回転する。   In the three-dimensional positioning device 11 shown in FIG. 1, the first rotation support portion 31 is rotated together with the first shaft 21 rotated by a driving device provided inside the base 30, and the second rotation support portion 32 is The third rotation support portion 33 is rotated together with the second shaft 22 rotated by a driving device provided in the first rotation support portion 31, and the third rotation support portion 33 is driven in the third rotation support portion 33. The device rotates independently about the third shaft 23.

図1に記入した矢印21a及び矢印22aは、それぞれ第一の軸21及び第二の軸22の回転方向を示している。そして矢印31a、矢印32a及び矢印33aは、それぞれ第一の回転支持部31、第二の回転支持部32及び第三の回転支持部33の回転方向を示している。   An arrow 21 a and an arrow 22 a written in FIG. 1 indicate the rotation directions of the first shaft 21 and the second shaft 22, respectively. An arrow 31a, an arrow 32a, and an arrow 33a indicate the rotation directions of the first rotation support portion 31, the second rotation support portion 32, and the third rotation support portion 33, respectively.

三次元位置決め装置11の第一の回転支持部31、第二の回転支持部32、そして第三の回転支持部33を回転させると、第三の回転支持部33により支持されたシリンジ12のニードル12aの先端を三次元において所望の位置に配置できるだけでなく、ニードル12aを、例えば、細胞などの操作対象物に対して所望の方向に向けた状態でアプローチさせることもできる。例えば、水平面に対するニードル12aの角度は、主として第三の回転支持部33の回転量により調節することができ、また水平面に投影したニードル12aの向きは、主として第一の回転支持部31の回転量により調節することができる。   When the first rotation support part 31, the second rotation support part 32, and the third rotation support part 33 of the three-dimensional positioning device 11 are rotated, the needle of the syringe 12 supported by the third rotation support part 33 Not only can the tip of 12a be arranged at a desired position in three dimensions, but also the needle 12a can be approached to an operation target such as a cell in a desired direction. For example, the angle of the needle 12a with respect to the horizontal plane can be adjusted mainly by the rotation amount of the third rotation support portion 33, and the direction of the needle 12a projected on the horizontal plane is mainly the rotation amount of the first rotation support portion 31. Can be adjusted.

このように、三次元位置決め装置11は、その三つの回転支持部31、32、33のそれぞれを回転させるという簡単な操作によって、例えば、シリンジ12などのマニプレータを高い自由度で位置決めすることができ、その構成も簡単である。   Thus, the three-dimensional positioning device 11 can position a manipulator such as the syringe 12 with a high degree of freedom by a simple operation of rotating each of the three rotation support portions 31, 32, and 33. The configuration is also simple.

図2は、図1の三次元マニピュレーション装置10の具体的な装置構成を示す正面図であり、図3は、図2に示す三次元位置決め装置11の平面図であり、そして図4は、図2に示す三次元位置決め装置11の左側面図である。また、図5は、図4に記入した切断線I−I線に沿って切断した三次元位置決め装置11の第三の回転支持部33の断面図である。   2 is a front view showing a specific device configuration of the three-dimensional manipulation device 10 of FIG. 1, FIG. 3 is a plan view of the three-dimensional positioning device 11 shown in FIG. 2, and FIG. 3 is a left side view of the three-dimensional positioning device 11 shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the third rotation support portion 33 of the three-dimensional positioning device 11 cut along the cutting line I-I entered in FIG. 4.

図2の三次元マニピュレーション装置10の三次元位置決め装置11には、ラックギアとピニオンギアなどから構成される駆動装置が三台備えられている。三台の駆動装置は、基台30、第一の回転支持部31、そして第三の回転支持部33の内部に備えられている。第二の回転支持部32は、駆動装置が備えられておらず、例えば、ステンレスなどの金属材料から形成された角柱状の部品から構成されている。以下に、駆動装置の構成と動作を、第三の回転支持部33が備える駆動装置を代表例として、図5を参照しながら説明する。   The three-dimensional positioning device 11 of the three-dimensional manipulation device 10 in FIG. 2 is provided with three drive devices including a rack gear and a pinion gear. The three drive devices are provided inside the base 30, the first rotation support portion 31, and the third rotation support portion 33. The second rotation support portion 32 is not provided with a driving device, and is composed of, for example, a prismatic part formed of a metal material such as stainless steel. Hereinafter, the configuration and operation of the drive device will be described with reference to FIG. 5 using the drive device provided in the third rotation support portion 33 as a representative example.

図5に示す第三の回転支持部33が備える駆動装置は、シリンダ51に嵌め合わされたピストン52、ピストン52にロッド53とステー54を介して接続されたラックギア55、そしてラックギア55にかみ合わされたピニオンギア56などから構成されている。   The drive device provided in the third rotation support portion 33 shown in FIG. 5 is engaged with a piston 52 fitted to the cylinder 51, a rack gear 55 connected to the piston 52 via a rod 53 and a stay 54, and the rack gear 55. It consists of a pinion gear 56 and the like.

シリンダ51とピストン52から構成される空間には水や油などの液体が満たされており、この空間にシリンダ51に接続されたチューブ43を通して液体をさらに注入あるいは排出すると、この液体の圧力によってピストン52がその長さ方向に移動する。また、ピストン52とロッド53の周囲に配置された圧縮コイルバネ57、そしてステー54の内部に配置された引っ張りコイルバネ58は、上記空間から液体を排出した際に、ピストン52の図5の紙面の左方向への移動を補助する。   The space formed by the cylinder 51 and the piston 52 is filled with a liquid such as water or oil, and when the liquid is further injected or discharged through the tube 43 connected to the cylinder 51, the pressure of the liquid causes the piston to be discharged. 52 moves in its length direction. Further, the compression coil spring 57 disposed around the piston 52 and the rod 53 and the tension coil spring 58 disposed inside the stay 54 are provided on the left side of the page of FIG. 5 of the piston 52 when the liquid is discharged from the space. Assist in moving in the direction.

上記の液体の注入あるいは排出によってピストン52が移動すると、ピストン52に接続されたラックギア55はその長さ方向に沿って移動して、このラックギア55にかみ合わされたピニオンギア56が回転駆動される。ピニオンギア56の切り欠き部には第三の軸23が嵌め合わされ固定される。第三の軸23は、上記ピニオンギア56と共に回転駆動される。   When the piston 52 is moved by the above liquid injection or discharge, the rack gear 55 connected to the piston 52 is moved along the length direction thereof, and the pinion gear 56 engaged with the rack gear 55 is rotationally driven. The third shaft 23 is fitted and fixed to the notch portion of the pinion gear 56. The third shaft 23 is rotationally driven together with the pinion gear 56.

ここで図3に示すように第三の軸23は第二の回転支持部32に固定されているため、第三の軸23及び第三の軸23を固定するピニオンギア56は回転することができない。このため、図5に示す第三の回転支持部33は、そのラックギア55がピニオンギア56の周縁に沿って移動するように、すなわち第三の軸23を中心にして独立に回転する。   Here, since the third shaft 23 is fixed to the second rotation support portion 32 as shown in FIG. 3, the third shaft 23 and the pinion gear 56 that fixes the third shaft 23 can rotate. Can not. Therefore, the third rotation support portion 33 shown in FIG. 5 rotates independently so that the rack gear 55 moves along the peripheral edge of the pinion gear 56, that is, around the third shaft 23.

上記のように、図2に示す三次元位置決め装置11の基台30及び第一の回転支持部31には、それぞれ第三の回転支持部33の場合と同様にラックギアとピニオンギアなどから構成される駆動装置が備えられている。   As described above, the base 30 and the first rotation support portion 31 of the three-dimensional positioning device 11 shown in FIG. 2 are each configured with a rack gear and a pinion gear, as in the case of the third rotation support portion 33. A driving device is provided.

基台30は、例えば、支持板26を介してテーブル24に固定されている。このため、基台30が備える駆動装置のチューブ40を通して液体を注入あるいは排出することにより、上記第三の回転支持部33の場合とは逆に、駆動装置のピニオンギア及びピニオンギアに固定された第一の軸(図4:21)が回転する。従って、この第一の軸21に連結板25を介して固定された第一の回転支持部31は、基台30の内部に備えられた駆動装置により回転する第一の軸と共に回転する。   The base 30 is fixed to the table 24 via a support plate 26, for example. For this reason, by injecting or discharging the liquid through the tube 40 of the driving device provided in the base 30, the pinion gear and the pinion gear of the driving device are fixed, contrary to the case of the third rotation support portion 33. The first shaft (FIG. 4: 21) rotates. Accordingly, the first rotation support portion 31 fixed to the first shaft 21 via the connecting plate 25 rotates together with the first shaft that is rotated by the driving device provided inside the base 30.

同様に、第一の回転支持部31が備える駆動装置のチューブ41を通して液体を注入あるいは排出することにより、駆動装置のピニオンギア及びピニオンギアに固定された第二の軸22が回転する。従って、この第二の軸22に固定された第二の回転支持部32は、第一の回転支持部31の内部に備えられた駆動装置により回転する第二の軸22と共に回転する。   Similarly, by injecting or discharging the liquid through the tube 41 of the driving device provided in the first rotation support portion 31, the second shaft 22 fixed to the pinion gear and the pinion gear of the driving device rotates. Therefore, the second rotation support portion 32 fixed to the second shaft 22 rotates together with the second shaft 22 rotated by the driving device provided in the first rotation support portion 31.

そして、図2に示すように第三の回転支持部33が備える駆動装置のチューブ43には、チューブ43を通して液体を注入あるいは排出するために液体給送装置13が接続されている。同様に基台30が備える駆動装置のチューブ40及び第一の回転支持部31が備える駆動装置のチューブ41には、それぞれ液体給送装置(図示は略する)が付設されている。各々の流体給送装置は、その動作時の振動をシリンジ12に伝えないように、三次元位置決め装置11の基台30が固定されるテーブル24とは別のテーブル上に設置されていることが好ましい。   As shown in FIG. 2, the liquid feeding device 13 is connected to the tube 43 of the driving device provided in the third rotation support portion 33 in order to inject or discharge the liquid through the tube 43. Similarly, a liquid feeding device (not shown) is attached to each of the tube 40 of the driving device provided in the base 30 and the tube 41 of the driving device provided in the first rotation support portion 31. Each fluid feeding device may be installed on a table different from the table 24 to which the base 30 of the three-dimensional positioning device 11 is fixed so as not to transmit vibration during operation to the syringe 12. preferable.

図6は、図2に示す液体給送装置13の縦断面図である。液体給送装置13は、シリンダ61に嵌め合わされたピストン62、ピストン62に金属球63を介して回転可能に連結された回転軸64、回転軸64にビス65により固定されたつまみ66などから構成されている。回転軸64の一部分は、つまみ受け67に嵌め合わされている。つまみ受け63は、基台69に立設された支柱68に固定されている。   6 is a longitudinal sectional view of the liquid feeding device 13 shown in FIG. The liquid feeding device 13 includes a piston 62 fitted to a cylinder 61, a rotating shaft 64 rotatably connected to the piston 62 via a metal ball 63, a knob 66 fixed to the rotating shaft 64 with a screw 65, and the like. Has been. A part of the rotating shaft 64 is fitted into the knob receiver 67. The knob receiver 63 is fixed to a support column 68 erected on the base 69.

つまみ66とつまみ受け67とは、互いの接触面にねじが形成され互いに嵌め合わされており、例えば、つまみ66を一回転させることにより、ピストン62を250μmという微少距離にて移動させることができる。このように液体給送装置13のつまみ66を回転させ、第三の回転支持部33のチューブ43を通して液体を注入もしくは排出することにより、第三の回転支持部33の回転を液体の圧力により駆動することができる。   The knob 66 and the knob receiver 67 are formed with screws on their contact surfaces and fitted together. For example, by rotating the knob 66 once, the piston 62 can be moved at a minute distance of 250 μm. Thus, by rotating the knob 66 of the liquid feeding device 13 and injecting or discharging the liquid through the tube 43 of the third rotation support portion 33, the rotation of the third rotation support portion 33 is driven by the pressure of the liquid. can do.

同様に液体給送装置を用いて、基台30が備える駆動装置のチューブ40を通して、あるいは第一の回転支持部31が備えるチューブ41を通して液体を注入あるいは排出することにより、基台30に第一の軸21を介して固定された第一の回転支持部31、あるいは第一の回転支持部31に第二の軸22を介して固定された第二の回転支持部32の回転を液体の圧力により駆動することができる。   Similarly, the liquid feeding device is used to inject or discharge the liquid through the tube 40 of the driving device provided in the base 30 or through the tube 41 provided in the first rotation support portion 31, so that the first is supplied to the base 30. The rotation of the first rotation support portion 31 fixed via the shaft 21 or the second rotation support portion 32 fixed to the first rotation support portion 31 via the second shaft 22 is adjusted to the liquid pressure. Can be driven.

本発明の三次元位置決め装置の各々の回転支持部の回転をモータなどによって駆動することもできるが、モータが発生する振動が大きい場合には、この振動が位置決め装置に固定されたマニプレータに伝わり、顕微鏡視野下において微小な対象物を十分に操作できない場合がある。上記のように、三次元位置決め装置の各々の回転支持部の回転を液体により駆動すると、振動の発生が極めて低減され、位置決め装置に固定されたマニプレータの操作が容易となる。なお、同様に振動を低減する駆動方法としては、例えば、図5に示すラックギア55を固定するステー54をラックギア55の長さ方向に沿ってワイヤによって移動して駆動する方法が挙げられる。   The rotation of each rotation support portion of the three-dimensional positioning device of the present invention can be driven by a motor or the like, but when the vibration generated by the motor is large, this vibration is transmitted to a manipulator fixed to the positioning device, There are cases where a minute object cannot be sufficiently manipulated under a microscope view. As described above, when the rotation of each rotation support portion of the three-dimensional positioning device is driven by the liquid, the generation of vibration is extremely reduced, and the manipulator fixed to the positioning device can be easily operated. Similarly, as a driving method for reducing vibration, for example, there is a method of driving the stay 54 for fixing the rack gear 55 shown in FIG. 5 by moving it along the length direction of the rack gear 55 with a wire.

なお、図2のマニピュレーション装置が備えるシリンジは、チューブ44を通して駆動用の液体を注入あるいは排出すると、ピストンヘッド12bが移動してシリンジ内に充填された薬液をニードル12aの先端から滴下する。このように液体の圧力により駆動するマニプレータを用いると、マニプレータの振動をさらに低減することができる。このような構成のシリンジは公知のものであり、詳しい説明は省略する。本発明のマニピュレーション装置に用いるマニプレータの例としては、上記のシリンジの他に、プローブ、ピンセット、精密刃、および精密ハサミなどが挙げられる。   In the syringe provided in the manipulation device of FIG. 2, when a driving liquid is injected or discharged through the tube 44, the piston head 12b moves to drop the liquid medicine filled in the syringe from the tip of the needle 12a. If a manipulator that is driven by the pressure of the liquid is used as described above, the vibration of the manipulator can be further reduced. The syringe having such a configuration is a known one, and detailed description thereof is omitted. Examples of manipulators used in the manipulation device of the present invention include probes, tweezers, precision blades, precision scissors and the like in addition to the above-described syringe.

図7は、本発明の三次元マニピュレーション装置の別の構成例とその動作を説明する図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining another configuration example of the three-dimensional manipulation apparatus of the present invention and its operation.

図7の三次元マニピュレーション装置110は、三次元位置決め装置111に、マニプレータとして、例えば、シリンジ12が固定された構成を有している。   7 has a configuration in which, for example, a syringe 12 is fixed to a three-dimensional positioning device 111 as a manipulator.

三次元位置決め装置111は、基台130、基台130に第一の軸121により支持され、第一の軸121と共に回転する第一の回転支持部131、第一の回転支持部131に、第一の軸121に垂直な第二の軸122により支持され、第二の軸122を中心にして独立に回転する第二の回転支持部132、そして第二の回転支持部132に、第二の軸122に垂直な第三の軸123により支持され、第三の軸123を中心にして独立に回転する、マニプレータ支持用の第三の回転支持部133から構成されている。   The three-dimensional positioning device 111 is supported by a base 130, a first shaft 121 supported by the base 130, and a first rotation support 131 and a first rotation support 131 that rotate together with the first shaft 121. The second rotation support portion 132 supported by the second shaft 122 perpendicular to the one shaft 121 and rotating independently about the second shaft 122, and the second rotation support portion 132, The third rotation support portion 133 is supported by a third shaft 123 perpendicular to the shaft 122 and independently rotates about the third shaft 123 to support the manipulator.

図7の三次元マニピュレーション装置110の構成は、用いる三次元位置決め装置111の構成が異なること以外は図1の三次元マニピュレーション装置10と同様である。   The configuration of the three-dimensional manipulation device 110 in FIG. 7 is the same as that of the three-dimensional manipulation device 10 in FIG. 1 except that the configuration of the three-dimensional positioning device 111 to be used is different.

三次元位置決め装置111には、図1の三次元位置決め装置11の場合と同様に、ラックギアとピニオンギアを備える駆動装置が三台用いられている。三台の駆動装置は、基台130、第二の回転支持部132、そして第三の回転支持部133の内部に備えられている。なお、第一の回転支持部131は駆動装置が備えられておらず、例えば、ステンレススチールなどの金属から形成された角柱状の部品から構成されている。   As in the case of the three-dimensional positioning device 11 in FIG. 1, three driving devices including a rack gear and a pinion gear are used for the three-dimensional positioning device 111. The three drive devices are provided inside the base 130, the second rotation support portion 132, and the third rotation support portion 133. Note that the first rotation support portion 131 is not provided with a driving device, and is composed of, for example, a prismatic part made of metal such as stainless steel.

三次元位置決め装置111において、第一の回転支持部131は基台130の内部に備えられた駆動装置により回転する第一の軸121と共に回転し、第二の回転支持部132は第二の回転支持部132の内部に備えられた駆動装置により第二の軸122を中心にして独立に回転し、そして第三の回転支持部133は第三の回転支持部133の内部に備えられた駆動装置により第三の軸123を中心にして独立に回転する。   In the three-dimensional positioning device 111, the first rotation support portion 131 is rotated together with the first shaft 121 rotated by a driving device provided in the base 130, and the second rotation support portion 132 is rotated second. The drive device provided inside the support portion 132 rotates independently about the second shaft 122, and the third rotation support portion 133 is provided inside the third rotation support portion 133. Rotate independently about the third shaft 123.

図7に記入した矢印121aは、第一の軸121の回転方向を示している。そして矢印131a、矢印132a及び矢印133aは、それぞれ第一の回転支持部131、第二の回転支持部132及び第三の回転支持部133の回転方向を示している。   An arrow 121 a written in FIG. 7 indicates the rotation direction of the first shaft 121. An arrow 131a, an arrow 132a, and an arrow 133a indicate the rotation directions of the first rotation support part 131, the second rotation support part 132, and the third rotation support part 133, respectively.

図7に示す位置決め装置111もまた、図1に示す位置決め装置11と同様に、その三つの回転支持部のそれぞれを回転させるという簡単な操作によって、例えば、シリンジなどのマニプレータを高い自由度で位置決めすることができ、その構成も簡単である。   As with the positioning device 11 shown in FIG. 1, the positioning device 111 shown in FIG. 7 also positions a manipulator such as a syringe with a high degree of freedom by a simple operation of rotating each of the three rotation support portions. And its configuration is simple.

本発明の位置決め装置の構成は、図1及び図2に示すものに限定されない。例えば、基台、第一の回転支持部、第二の回転支持部、そして第三の回転支持部のうちのいずれか三つの各々の内部に駆動装置を付設し、残りの一つを、例えば、金属部品から構成すれば、上記と異なる構成の位置決め装置を容易に構成することができる。また、第一の回転支持部あるいは第二の回転支持部には、二台の駆動装置が備えられていてもよい。例えば、基台の内部に一台の駆動装置を付設してそのピニオンギアに第一の軸を固定し、第二の回転支持部の内部に二台の駆動装置を付設してこれらの駆動装置のピニオンギアに第二の軸と第三の軸をそれぞれ固定し、第一の回転支持部及び第三の回転支持部をそれぞれ金属部品から構成するなどして、本発明の位置決め装置を構成することができる。   The configuration of the positioning device of the present invention is not limited to that shown in FIGS. For example, a driving device is attached inside each of the base, the first rotation support portion, the second rotation support portion, and the third rotation support portion, and the remaining one is, for example, If comprised from a metal part, the positioning apparatus of a structure different from the above can be comprised easily. The first rotation support unit or the second rotation support unit may be provided with two drive devices. For example, one drive device is attached to the inside of the base, the first shaft is fixed to the pinion gear, and two drive devices are attached to the inside of the second rotation support portion. The second shaft and the third shaft are respectively fixed to the pinion gear, and the first rotation support portion and the third rotation support portion are each composed of metal parts, thereby constituting the positioning device of the present invention. be able to.

また、本発明の位置決め装置は、その第三の回転支持部に固定されるマニプレータをさらに高い自由度で位置決めするため、あるいはマニプレータの操作性をさらに向上させるために、例えば、XYステージや回転ステージなどの上に設置して用いることもできる。   In addition, the positioning device of the present invention is provided with, for example, an XY stage or a rotary stage in order to position the manipulator fixed to the third rotation support portion with a higher degree of freedom, or to further improve the manipulator operability. It can also be used by installing it on top.

本発明の三次元マニピュレーション装置の構成例とその動作を説明する図である。It is a figure explaining the structural example of the three-dimensional manipulation apparatus of this invention, and its operation | movement. 図1の三次元マニピュレーション装置の具体的な装置構成を示す正面図である。It is a front view which shows the specific apparatus structure of the three-dimensional manipulation apparatus of FIG. 図2に示す三次元位置決め装置の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the three-dimensional positioning device shown in FIG. 2. 図2に示す三次元位置決め装置の左側面図である。FIG. 3 is a left side view of the three-dimensional positioning device shown in FIG. 2. 図4に記入した切断線I−I線に沿って切断した三次元位置決め装置の第三の回転支持部の断面図である。It is sectional drawing of the 3rd rotation support part of the three-dimensional positioning device cut | disconnected along the cutting line I-I entered in FIG. 図2に示す三次元位置決め装置が備える液体給送装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the liquid feeding apparatus with which the three-dimensional positioning apparatus shown in FIG. 2 is provided. 本発明の三次元マニピュレーション装置の別の構成例とその動作を説明する図である。It is a figure explaining another structural example of the three-dimensional manipulation apparatus of this invention, and its operation | movement.

符号の説明Explanation of symbols

10 三次元マニピュレーション装置
11 三次元位置決め装置
12 シリンジ
12a ニードル
12b ピストンヘッド
13 液体給送装置
21 第一の軸
22 第二の軸
23 第三の軸
21a 第一の軸の回転方向を示す矢印
22a 第二の軸の回転方向を示す矢印
24 テーブル
25 連結板
26 支持板
30 基台
31 第一の回転支持部
32 第二の回転支持部
33 第三の回転支持部
31a 第一の回転支持部の回転方向を示す矢印
32a 第二の回転支持部の回転方向を示す矢印
33a 第三の回転支持部の回転方向を示す矢印
40、41、43、44 チューブ
51 シリンダ
52 ピストン
53 ロッド
54 ステー
55 ラックギア
56 ピニオンギア
57、58 コイルバネ
61 シリンダ
62 ピストン
63 金属球
64 回転軸
65 ビス
66 つまみ
67 つまみ受け
68 支柱
69 基台
110 三次元マニピュレーション装置
111 三次元位置決め装置
121 第一の軸
122 第二の軸
123 第三の軸
121a 第一の軸の回転方向を示す矢印
130 基台
131 第一の回転支持部
132 第二の回転支持部
133 第三の回転支持部
131a 第一の回転支持部の回転方向を示す矢印
132a 第二の回転支持部の回転方向を示す矢印
133a 第三の回転支持部の回転方向を示す矢印
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 3D manipulation apparatus 11 3D positioning apparatus 12 Syringe 12a Needle 12b Piston head 13 Liquid feeding apparatus 21 1st axis | shaft 22 2nd axis | shaft 23 3rd axis | shaft 21a Arrow which shows the rotation direction of a 1st axis | shaft 22a 1st Arrow indicating rotation direction of second shaft 24 Table 25 Connecting plate 26 Support plate 30 Base 31 First rotation support portion 32 Second rotation support portion 33 Third rotation support portion 31a Rotation of first rotation support portion Arrow indicating direction 32a Arrow indicating the rotation direction of the second rotation support portion 33a Arrow indicating the rotation direction of the third rotation support portion 40, 41, 43, 44 Tube 51 Cylinder 52 Piston 53 Rod 54 Stay 55 Rack gear 56 Pinion Gear 57, 58 Coil spring 61 Cylinder 62 Piston 63 Metal ball 64 Rotating shaft 65 Screw 66 Knob 67 Knob receptacle 68 Support column 69 Base 110 Three-dimensional manipulation device 111 Three-dimensional positioning device 121 First shaft 122 Second shaft 123 Third shaft 121a Arrow 130 indicating the rotation direction of the first shaft 130 Base 131 First rotation support portion 132 Second rotation support portion 133 Third rotation support portion 131a Arrow indicating the rotation direction of the first rotation support portion 132a Arrow indicating the rotation direction of the second rotation support portion 133a Third rotation support portion Arrow indicating the rotation direction of the rotation support

Claims (4)

基台、該基台に第一の軸により支持され、第一の軸と共にあるいは第一の軸を中心にして独立に回転する第一の回転支持部、第一の回転支持部に、第一の軸に垂直な第二の軸により支持され、第二の軸と共にあるいは第二の軸を中心にして独立に回転する第二の回転支持部、そして第二の回転支持部に、第二の軸に垂直な第三の軸により支持され、第三の軸と共にあるいは第三の軸を中心にして独立に回転する、マニプレータ支持用の第三の回転支持部を含むマニプレータ三次元位置決め装置。   A base, a first rotation support portion supported on the base by a first shaft and rotating independently with or around the first shaft; The second rotation support unit is supported by a second axis perpendicular to the axis of the second rotation unit, and rotates independently with or around the second axis. A manipulator three-dimensional positioning device including a third rotation support portion for supporting a manipulator, which is supported by a third axis perpendicular to the axis and rotates independently together with or around the third axis. 第一の回転支持部が基台の内部に備えられた駆動装置により回転する第一の軸と共に回転し、第二の回転支持部が第一の回転支持部の内部に備えられた駆動装置により回転する第二の軸と共に回転し、そして第三の回転支持部が第三の回転支持部の内部に備えられた駆動装置により第三の軸を中心にして独立に回転する請求項1に記載の三次元位置決め装置。   The first rotation support portion is rotated together with the first shaft that is rotated by the drive device provided inside the base, and the second rotation support portion is provided by the drive device provided inside the first rotation support portion. 2. The rotating device according to claim 1, wherein the third rotating support portion rotates independently about the third shaft by a driving device provided inside the third rotating support portion. 3D positioning device. 各々の回転支持部の回転が液体の圧力により駆動される請求項1もしくは2に記載の三次元位置決め装置。   The three-dimensional positioning device according to claim 1 or 2, wherein the rotation of each rotation support portion is driven by the pressure of the liquid. 請求項1乃至3のうちのいずれかの項に記載の三次元位置決め装置の第三の回転支持部にマニプレータを固定してなる三次元マニピュレーション装置。
A three-dimensional manipulation device in which a manipulator is fixed to a third rotation support portion of the three-dimensional positioning device according to any one of claims 1 to 3.
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