JP2007030136A - Minute object handling system - Google Patents

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Naoto Mochizuki
直人 望月
Kindo Yoda
欽道 依田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a minute object handling system continuing an operation without a cease even when a driving command in X-axis and Y-axis directions to a micromanipulator is wrong. <P>SOLUTION: A screen center O of a monitor is set to an initial position of a tip of an end effector. An actual distance (Xmax, Ymax) is computed from a correlation table expressing a relationship between a magnification of a microscope and an actual distance from an initial position in a X-direction and a Y-direction corresponding to the distance from the screen center O to horizontal and vertical screen ends. A driving allowable pulse number (PXmax, PYmax) for driving from the initial position to the actual distances (Xmax, Ymax) is computed, so as to restrain output of pulses to X-direction and Y-direction stepping motors exceeding the driving allowable pulse number (PXmax, PYmax). The tip of the end effector is not driven beyond an image displaying range of the screen. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は微小物体ハンドリングシステムに係り、特に、先端部で微小物体を操作する操作指を少なくともXYの二軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータを備えた微小物体ハンドリングシステムに関する。   The present invention relates to a minute object handling system, and more particularly to a minute object handling system including a micromanipulator capable of driving an operation finger operating a minute object at a tip portion in at least two XY directions.

従来、例えば、微小部品の組立や細胞操作等の微小物体の操作(ハンドリング)にマイクロマニピュレータが用いられている。この種のマイクロマニピュレータは、先端部に微小物体に穿孔、切断や把持等の処理を施すエンドエフェクタを有する操作指をXYZの三軸方向に駆動可能な機構を備えている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, for example, a micromanipulator is used for the operation (handling) of a minute object such as assembly of a minute part or cell operation. This type of micromanipulator includes a mechanism capable of driving an operation finger having an end effector that performs processing such as drilling, cutting, and gripping a minute object at a tip portion in three axial directions of XYZ (for example, Patent Document 1). reference).

一般に、マイクロマニピュレータによる操作は、微小物体を肉眼で観察することが難しいため、マイクロマニピュレータの他に、位置固定され微小物体を拡大する顕微鏡、顕微鏡に取り付けられ撮像素子を有するカメラ、カメラからの画像をディスプレイに表示する表示部等を備えた微小物体ハンドリングシステムとして構成されており、オペレータは、ディスプレイに表示された拡大画像を参照して、微小物体に対するエンドエフェクタの操作を行っている(例えば、特許文献2参照)。従って、オペレータは、例えば、図13(A)に示すように、微小物体10を操作するエンドエフェクタ505a、507aをディスプレイの画面7a内のX軸及びY軸方向で移動させるように配慮してマイクロマニピュレータを操作している。   In general, it is difficult to observe microscopic objects with the micromanipulator. In addition to micromanipulators, a microscope that is fixed in position and expands microscopic objects, a camera that is attached to a microscope and has an image sensor, and images from the camera Is displayed on the display as a minute object handling system, and the operator refers to the enlarged image displayed on the display and operates the end effector for the minute object (for example, Patent Document 2). Therefore, for example, as shown in FIG. 13A, the operator considers the end effectors 505a and 507a that operate the minute object 10 to move in the X-axis and Y-axis directions in the display screen 7a. The manipulator is operated.

特開2003−19679号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-19679 特開平4−303810号公報JP-A-4-303810

しかしながら、マイクロマニピュレータへのX軸及びY軸方向への駆動指令を誤って意図せずディスプレイの画面7a外にエンドエフェクタ505a、507aが移動してしまうことがある(図13(B)参照)。画面7aから見えなくなると、平面を構成するX軸方向及びY軸方向のどの方向に操作すればエンドエフェクタ505a、507aが画面7a内に戻るのか(表示されるのか)判断できないため、操作を中断し顕微鏡の倍率を下げて(図13(C)参照)エンドエフェクタ505a、507aをディスプレイの画面中心近傍に復帰させた後、元の倍率に戻すという作業をしなければならず、操作のストレスとなっている。   However, the end effectors 505a and 507a may move out of the display screen 7a without intentionally inadvertently driving the micromanipulator in the X-axis and Y-axis directions (see FIG. 13B). When it is not visible from the screen 7a, it is impossible to determine in which direction of the X-axis direction and the Y-axis direction constituting the plane the end effector 505a, 507a will return (display) in the screen 7a. After reducing the magnification of the microscope (see FIG. 13C), the end effectors 505a and 507a must be returned to the vicinity of the center of the display screen, and then returned to the original magnification. It has become.

また、微小物体及びエンドエフェクタを拡大する顕微鏡には正立顕微鏡以外に倒立顕微鏡も用いられ、倒立顕微鏡を用いる場合には鉛直下方(Z軸マイナス方向)からの観察となり、エンドエフェクタと微小物体との相対関係が正立顕微鏡を用いた場合の反対となるため、不慣れなオペレータはエンドエフェクタのZ軸駆動方向を誤って操作し、場合によっては微小物体を損傷させてしまうこともある。   In addition to an upright microscope, an inverted microscope is used as a microscope for enlarging a micro object and an end effector. When an inverted microscope is used, observation is performed from vertically below (Z-axis minus direction). Therefore, an unfamiliar operator may mistakenly operate the end effector's Z-axis drive direction and possibly damage a minute object.

更に、微小物体とエンドエフェクタとの位置関係はその機構配置によって決定され、ディスプレイには微小物体とエンドエフェクタとが画像表示されるが、従来の手作業に慣れたオペレータは、例えば、利き腕と違う方向からの操作や、操作指が、エンドエファクタが装着された2本の把持指で構成され、うち1本の把持指が可動指の場合には自己の箸の使い方と異なる点等に違和感を抱きつつ操作しなければならない場合もある。   Further, the positional relationship between the minute object and the end effector is determined by the mechanism arrangement, and the image of the minute object and the end effector is displayed on the display. However, an operator who is used to conventional manual work is different from, for example, the dominant arm. Operation from the direction and the operating finger is composed of two gripping fingers with end factors installed, and if one of the gripping fingers is a movable finger, it is uncomfortable with the differences from how to use your own chopsticks. You may have to operate while holding

本発明は上記事案に鑑み、マイクロマニピュレータへのX軸及びY軸方向の駆動指令を誤っても、中断することなく操作を続行可能な微小物体ハンドリングシステムを提供することを第1の課題とする。また、オペレータに違和感のない微小物体ハンドリングシステムを提供することを第2の課題とする。更に、エンドエフェクタのZ軸駆動方向をオペレータに報知可能な微小物体ハンドリングシステムを提供することを第3の課題とする。   In view of the above circumstances, the present invention has a first object to provide a minute object handling system capable of continuing an operation without interruption even if the drive commands in the X-axis and Y-axis directions to the micromanipulator are erroneous. . A second object is to provide a minute object handling system that does not give the operator a sense of incongruity. Furthermore, a third object is to provide a minute object handling system capable of notifying an operator of the Z-axis drive direction of the end effector.

上記第1の課題を解決するために、本発明の第1の態様は、先端部で微小物体を操作する操作指を少なくともXYの二軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータと、顕微鏡に装着された撮像素子で前記操作指の先端部を撮像しディスプレイに画像表示するための表示部と、前記顕微鏡の倍率情報、前記マイクロマニピュレータに対する少なくともXY軸方向の駆動指令及び前記操作指の先端部が所定位置に位置したことを表す情報を入力するための入力部と、前記入力部から入力された少なくともXY方向の駆動指令に基づいて、前記マイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行う駆動制御部と、前記表示部と前記駆動制御部とを制御する表示駆動制御部と、を備え、前記表示駆動制御部は、前記ディスプレイに画面中心を表示させるように前記表示部を制御する表示制御手段と、前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記画面中心に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部の位置を初期位置として設定する初期位置設定手段と、前記入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と前記初期位置設定手段で設定された前記操作指の先端部の初期位置とに基づいて、前記操作指の先端部が前記ディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように前記駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲を制限する駆動範囲制限手段と、を有することを特徴とする。   In order to solve the first problem, a first aspect of the present invention is mounted on a microscope, a micromanipulator that can drive an operation finger that operates a minute object at the tip in at least two XY directions. A display unit for imaging the tip of the operating finger with an imaging device and displaying the image on a display; magnification information of the microscope; drive command for at least the XY axes to the micromanipulator; and the tip of the operating finger at a predetermined position An input unit for inputting information indicating that the micromanipulator is positioned, a drive control unit that performs drive control on each axis of the micromanipulator based on at least a drive command in the XY directions input from the input unit, A display drive control unit that controls the display unit and the drive control unit, wherein the display drive control unit displays a screen center on the display. Display control means for controlling the display unit as described above, and after being displayed on the display so that the tip of the operation finger is positioned at the center of the screen by the drive control of the drive control unit, from the input unit An initial position setting means for setting the position of the tip of the operation finger as an initial position when information indicating that the tip of the operation finger is positioned at the center of the screen is input, and a microscope input from the input unit The drive control is performed so that the tip of the operating finger does not drive beyond the image display range of the display based on the magnification information of the display and the initial position of the tip of the operating finger set by the initial position setting means. Drive range limiting means for limiting the drive control range in the XY axis direction of the unit.

第1の態様では、表示部により顕微鏡に装着された撮像素子で操作指の先端部が撮像されディスプレイに画像表示されるが、表示制御手段がディスプレイに画面中心を表示させるように表示部を制御するため、ディスプレイには把持指の先端部とディスプレイの画面中心とが表示される。オペレータは、まず、入力部から、操作指の先端部がディスプレイの画面中心に位置付けられるようにマイクロマニピュレータに対する少なくともXY軸方向の駆動指令を入力する。この駆動指令に基づいて、駆動制御部がマイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行うことで、操作指の先端部はディスプレイの画面中心に位置付けられる。オペレータは、操作指の先端部がディスプレイの画面中心に位置付けられたことを視認して、入力部から操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報を入力する。これにより、初期位置設定手段は操作指の先端部の位置を初期位置として設定する。オペレータは、この時点までの任意の時刻に、入力部から顕微鏡の倍率情報を入力し、顕微鏡の倍率を変更したときは倍率情報を更新する。以降、オペレータは入力部からマイクロマニピュレータに対する少なくともXY軸方向の駆動指令を入力することで、駆動制御部は、入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行うが、駆動範囲制限手段により、入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と初期位置設定手段で設定された操作指の先端部の初期位置とに基づいて、操作指の先端部がディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲が制限される。本態様によれば、駆動範囲制限手段により、入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と初期位置設定手段で設定された操作指の先端部の初期位置とに基づいて、操作指の先端部がディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲が制限されるので、入力部からマイクロマニピュレータへのX軸及びY軸方向の駆動指令を誤っても操作指の先端部がディスプレイに画像表示されるため、中断することなく操作を続行することができる。なお、表示駆動制御部が、駆動範囲制限手段による駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲の制限を解除する駆動範囲制限解除手段を更に有していれば、オペレータの希望に応じて、駆動範囲制限手段による駆動制御部の駆動制限範囲を制限するか否かを選択することが可能となる。   In the first aspect, the tip of the operation finger is picked up by the image pickup device mounted on the microscope by the display unit and displayed on the display, but the display control unit controls the display unit so that the center of the screen is displayed on the display. Therefore, the tip of the gripping finger and the screen center of the display are displayed on the display. First, the operator inputs at least an XY-axis direction drive command to the micromanipulator so that the tip of the operation finger is positioned at the center of the display screen. Based on this drive command, the drive control unit performs drive control on each axis of the micromanipulator, so that the tip of the operating finger is positioned at the center of the display screen. The operator visually recognizes that the tip of the operating finger is positioned at the center of the screen of the display, and inputs information indicating that the tip of the operating finger is positioned at the center of the screen from the input unit. Thereby, the initial position setting means sets the position of the tip of the operation finger as the initial position. The operator inputs the magnification information of the microscope from the input unit at an arbitrary time up to this point, and updates the magnification information when the magnification of the microscope is changed. Thereafter, the operator inputs at least an XY-axis direction drive command for the micromanipulator from the input unit, and the drive control unit performs drive control for each axis of the micromanipulator based on the input drive command. Based on the microscope magnification information input from the input unit by the limiting unit and the initial position of the tip of the operating finger set by the initial position setting unit, the tip of the operating finger exceeds the image display range of the display. The drive control range in the XY axis direction of the drive control unit is limited so as not to drive. According to this aspect, the tip of the operating finger is moved based on the magnification information of the microscope input from the input unit and the initial position of the tip of the operating finger set by the initial position setting unit by the driving range limiting unit. Since the drive control range in the XY axis direction of the drive control unit is limited so as not to drive beyond the image display range of the display, operation is possible even if the X and Y axis drive commands from the input unit to the micromanipulator are incorrect. Since the image of the tip of the finger is displayed on the display, the operation can be continued without interruption. If the display drive control unit further includes drive range restriction release means for releasing the drive control range restriction in the XY axes of the drive control unit by the drive range restriction means, the drive can be performed according to the operator's request. It is possible to select whether or not to limit the drive restriction range of the drive control unit by the range restriction means.

第1の態様において、駆動範囲制限手段が、顕微鏡の倍率とディスプレイに表示される画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離との相関関係を予め記憶しており、該相関関係と顕微鏡の倍率情報とから、画面中心から水平及び垂直方向画面端までに相当する操作指の先端部のX軸及びY軸方向の初期位置からの実距離を演算し、該演算された実距離を越える駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲を制限することが好ましい。このとき、マイクロマニピュレータは操作指を少なくともXYの二軸方向に駆動する各ステッピングモータを有しており、駆動制御部は各ステッピングモータに駆動パルスを送出することにより駆動制御を実行し、駆動範囲制限手段は操作指の先端部のX軸及びY軸方向の初期位置からの実距離からX軸及びY軸方向の駆動パルス数を演算し、該演算された駆動パルス数を越えるX軸及びY軸駆動ステッピングモータへの駆動パルスの出力を制限するようにしてもよい。   In the first aspect, the drive range limiting means prestores a correlation between the magnification of the microscope and the actual distance from the screen center displayed on the display to the horizontal and vertical screen edges, and the correlation From the magnification information of the microscope, the actual distance from the initial position in the X-axis and Y-axis directions of the tip of the operation finger corresponding to the horizontal and vertical screen edges from the screen center is calculated, and the calculated actual distance is calculated. It is preferable to limit the drive control range in the XY axis direction of the drive control unit that exceeds. At this time, the micromanipulator has stepping motors that drive the operation fingers in at least two directions of XY, and the drive control unit executes drive control by sending drive pulses to each stepping motor, and the drive range. The limiting means calculates the number of driving pulses in the X-axis and Y-axis directions from the actual distance from the initial position in the X-axis and Y-axis directions of the tip of the operating finger, and the X-axis and Y-axis exceeding the calculated driving pulse number The output of drive pulses to the shaft drive stepping motor may be limited.

操作指の先端部を画面中心に位置付ける操作を緩和するために、表示制御手段は、ディスプレイに画面中心を含む中心領域を表示させるように表示部を制御し、初期位置設定手段は、駆動制御部の駆動制御により操作指の先端部が中心領域内に位置付けられるようにディスプレイに表示された後、入力部から操作指の先端部が中心領域内に位置したことを表す情報が入力されたときに、操作指の先端部が画面中心にあるものとみなして該先端部の位置を初期位置として設定し、駆動範囲制限手段は、顕微鏡の倍率、ディスプレイに表示される画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離、並びに、画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの実際の距離の相関関係を予め記憶しており、画面中心から水平及び垂直方向画面端までの距離をそれぞれX1,Y1、画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの距離をそれぞれx,yとしたときに、相関関係と顕微鏡の倍率情報とから、画面中心から(距離X1−距離x)までの距離に相当する操作指の先端部のX軸方向の実距離、及び、画面中心から(距離Y1−距離y)までの距離に相当する操作指の先端部のY軸方向の実距離を演算し、該演算された実距離を越える駆動制御部のXY方向の駆動制御範囲を制限するようにしてもよい。このとき、マイクロマニピュレータは操作指を少なくともXYの二軸方向に駆動する各ステッピングモータを有しており、駆動制御部は各ステッピングモータに駆動パルスを送出することにより駆動制御を実行し、駆動範囲制限手段は操作指の先端部のX軸及びY軸方向の実距離からX軸及びY軸方向の駆動パルス数を演算して、該演算された駆動パルス数を越えるX軸及びY軸駆動ステッピングモータへの駆動パルスの出力を制限するようにしてもよい。更に、上記第2の課題を解決するために、第1の態様において、操作指は固定指と可動指とを有する把持指であり、表示部は、入力部からの入力情報に応じて、撮像素子で撮像した操作指の先端部の画像を回転乃至反転してディスプレイに画像表示する回転/反転表示手段を有するようにすれば、オペレータの利き腕や箸の用い方に合わせて回転乃至反転した画像をディスプレイに表示できるので、操作に違和感のない微小物体ハンドリングシステムを得ることができる。   In order to ease the operation of positioning the tip of the operation finger at the center of the screen, the display control unit controls the display unit to display a central region including the screen center on the display, and the initial position setting unit includes the drive control unit. When the information indicating that the tip of the operating finger is located in the central region is input from the input unit after the tip of the operating finger is displayed in the central region by the drive control of The tip of the operating finger is assumed to be at the center of the screen, and the position of the tip is set as the initial position. The driving range limiting means is configured to display the horizontal and vertical directions from the magnification of the microscope and the center of the screen displayed on the display. The actual distance to the edge and the correlation of the actual distance from the center of the screen to the center area edge in the horizontal and vertical directions are stored in advance, and the horizontal and vertical screen edges from the screen center are stored in advance. X1 and Y1, respectively, and x and y from the center of the screen to the horizontal and vertical center region ends, respectively, from the center of the screen (distance X1- The actual distance in the X-axis direction of the tip of the operating finger corresponding to the distance up to x) and the Y-axis direction of the tip of the operating finger corresponding to the distance from the center of the screen to (distance Y1-distance y). The actual distance may be calculated, and the drive control range in the X and Y directions of the drive control unit exceeding the calculated actual distance may be limited. At this time, the micromanipulator has stepping motors that drive the operation fingers in at least two directions of XY, and the drive control unit executes drive control by sending drive pulses to each stepping motor, and the drive range. The limiting means calculates the number of drive pulses in the X-axis and Y-axis directions from the actual distances in the X-axis and Y-axis directions of the tip of the operation finger, and the X-axis and Y-axis drive stepping exceeding the calculated drive pulse number You may make it restrict | limit the output of the drive pulse to a motor. Furthermore, in order to solve the second problem, in the first aspect, the operation finger is a gripping finger having a fixed finger and a movable finger, and the display unit captures images according to input information from the input unit. If rotation / reversal display means for rotating and reversing the image of the tip of the operating finger imaged by the element and displaying the image on the display is provided, the image is rotated or reversed in accordance with the operator's dominant arm or chopstick usage. Can be displayed on the display, so that it is possible to obtain a minute object handling system that does not feel uncomfortable in operation.

また、本発明の第2の態様は、先端部で微小物体を操作する操作指をXYZの三軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータと、顕微鏡に装着された撮像素子で前記操作指の先端部を撮像しディスプレイに画像表示するための表示部と、前記顕微鏡の倍率情報、前記マイクロマニピュレータに対するXYZ軸方向の駆動指令及び前記操作指の先端部が所定位置に位置したことを表す情報を入力するための入力部と、前記入力部から入力されたXYZ軸方向の駆動指令に基づいて、前記マイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行う駆動制御部と、前記表示部と前記駆動制御部とを制御する表示駆動制御部と、を備え、前記表示駆動制御部は、前記ディスプレイに画面中心を表示させるように前記表示部を制御する表示制御手段と、前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記画面中心に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部の位置を初期位置として設定する初期位置設定手段と、前記入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と前記初期位置設定手段で設定された前記操作指の先端部の初期位置とに基づいて、前記操作指の先端部が前記ディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように前記駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲を制限する駆動範囲制限手段と、を有することを特徴とする。第2の態様においても、第1の態様と同様の効果を得ることができる。   Further, the second aspect of the present invention provides a micromanipulator that can drive an operation finger that operates a minute object at the tip in the three-axis directions of XYZ, and an image sensor attached to a microscope to move the tip of the operation finger. To input a display unit for imaging and displaying an image on a display, magnification information of the microscope, driving commands in the XYZ-axis directions for the micromanipulator, and information indicating that the tip of the operating finger is positioned at a predetermined position An input unit, a drive control unit that performs drive control on each axis of the micromanipulator based on a drive command in the XYZ axis direction input from the input unit, and the display unit and the drive control unit A display drive control unit, wherein the display drive control unit includes a display control unit that controls the display unit to display a screen center on the display; Information indicating that the tip of the operation finger is positioned at the center of the screen from the input unit after being displayed on the display so that the tip of the operation finger is positioned at the center of the screen by drive control of the drive control unit Is input, the initial position setting means for setting the position of the tip of the operation finger as an initial position, the magnification information of the microscope input from the input section and the operation set by the initial position setting means Based on the initial position of the tip of the finger, a drive range restriction that limits the drive control range in the XY axis direction of the drive control unit so that the tip of the operation finger does not drive beyond the image display range of the display And means. Also in the second aspect, the same effect as in the first aspect can be obtained.

更に、上記第3の課題を解決するために、第2の態様において、音声を出力する音声出力部を更に備え、駆動制御部は、マイクロマニピュレータのZ軸に対する駆動制御を実行するときに、操作指の昇降に応じて異なる周波数の音声を出力するように音声出力部を制御するようにすれば、顕微鏡が正立、倒立に拘わらず、エンドエフェクタのZ軸駆動方向を誤って操作することを防止することができる。   Furthermore, in order to solve the third problem, in the second aspect, the audio control unit further includes an audio output unit that outputs audio, and the drive control unit operates when performing drive control on the Z axis of the micromanipulator. If the sound output unit is controlled to output sound of different frequencies according to the raising and lowering of the finger, the Z-axis drive direction of the end effector is erroneously operated regardless of whether the microscope is upright or inverted. Can be prevented.

本発明によれば、駆動範囲制限手段により、入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と初期位置設定手段で設定された操作指の先端部の初期位置とに基づいて、操作指の先端部がディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲が制限されるので、入力部からマイクロマニピュレータへのX軸及びY軸方向の駆動指令を誤っても操作指の先端部がディスプレイに画像表示されるため、中断することなく操作を続行することができる、という効果を得ることができる。   According to the present invention, based on the magnification information of the microscope input from the input unit and the initial position of the tip of the operating finger set by the initial position setting unit by the driving range limiting unit, the tip of the operating finger is Since the drive control range in the XY axis direction of the drive control unit is limited so as not to drive beyond the image display range of the display, operation is possible even if the X and Y axis drive commands from the input unit to the micromanipulator are incorrect. Since the tip of the finger is displayed as an image on the display, it is possible to obtain an effect that the operation can be continued without interruption.

以下、図面を参照して、本発明に係る微小物体ハンドリングシステムの実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of a minute object handling system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

(構成)
<全体構成>
図1に示すように、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム200は、定盤1に架台4を介して固定され微小物体を取り扱うためのマイクロマニピュレータ100と、定盤1に固定されマイクロマニピュレータ100により取り扱われる微小物体を載置するためのステージ3と、支柱が定盤1に固定されCCDを撮像素子とするCCDカメラ5が装着された顕微鏡2と、表示部及び音声出力部の一部としてのパーソナルコンピュータ(以下、PCと略称する。)6と、マイクロマニピュレータ100を制御する、プログラマブル・ロジック・コントローラ(以下、PLCと略称する。)等を内蔵した駆動制御部及び表示駆動制御部としてのコントロールボックス8と、を備えている。
(Constitution)
<Overall configuration>
As shown in FIG. 1, a minute object handling system 200 according to this embodiment includes a micromanipulator 100 that is fixed to a surface plate 1 via a gantry 4 and handles a minute object, and a micromanipulator 100 that is fixed to the surface plate 1. A stage 3 for placing a minute object to be handled, a microscope 2 with a column fixed to the surface plate 1 and a CCD camera 5 having a CCD as an imaging device, and a part of a display unit and an audio output unit Control as a drive control unit and a display drive control unit incorporating a personal computer (hereinafter abbreviated as PC) 6 and a programmable logic controller (hereinafter abbreviated as PLC) that controls the micromanipulator 100. And a box 8.

PC6には、コントロールボックス8との入出力ケーブル、液晶表示装置等のディスプレイとしてのモニタ7への出力ケーブル及びCCDカメラ5からの入力ケーブルが接続されている。従って、微小物体ハンドリングシステム200のオペレータは、モニタ7を介してステージ3に載置された微小物体10を目視することができる。なお、モニタ7は音声出力部の一部としてのスピーカ11を内蔵しており、スピーカ11は、ソフトウエアで構成された音声データに従ってPC6のハードウエアで構成される音声生成回路で増幅された音声を出力可能である。   An input / output cable to / from the control box 8, an output cable to the monitor 7 as a display such as a liquid crystal display device, and an input cable from the CCD camera 5 are connected to the PC 6. Therefore, the operator of the minute object handling system 200 can visually observe the minute object 10 placed on the stage 3 via the monitor 7. The monitor 7 has a built-in speaker 11 as a part of the sound output unit, and the speaker 11 is a sound amplified by a sound generation circuit composed of hardware of the PC 6 according to sound data composed of software. Can be output.

コントロールボックス8は、マイクロマニピュレータ100と接続ケーブル8aで接続されていると共に、ジョイスティック、十字ボタン、○、×、△、□ボタン等を有しコントロールボックス8のPLCに後述する駆動指令等のコマンド(命令)を入力するための入力部としてのコントローラ(入力装置)9に接続されている。   The control box 8 is connected to the micromanipulator 100 by a connection cable 8a, and has a joystick, a cross button, a ◯, x, △, □ button, etc., and a command such as a drive command (described later) on the PLC of the control box 8. Is connected to a controller (input device) 9 as an input unit for inputting a command.

コントロールボックス8に内蔵されたPLCは、CPU、ROM、RAMの他に、D/Aコンバータ、A/Dコンバータ等を有して構成されており、ROMに格納されたプログラム及びプログラムデータに従って、PC6へ動作命令を送出すると共に、コントローラ9からの入力された駆動指令を各アクチュエータ制御信号に変換して接続ケーブル8aを介してマイクロマニピュレータ100に送出する。なお、PLCの外部バスには図示しないアクチュエータ制御部が接続されており、このアクチュエータ制御部から各アクチュエータに駆動パルスが送出される。   The PLC built in the control box 8 is configured to include a D / A converter, an A / D converter, etc. in addition to the CPU, ROM, and RAM, and the PC 6 according to the program and program data stored in the ROM. The operation command is transmitted to the micromanipulator 100 through the connection cable 8a by converting the drive command input from the controller 9 into each actuator control signal. Note that an actuator control unit (not shown) is connected to the external bus of the PLC, and a drive pulse is sent from this actuator control unit to each actuator.

<マイクロマニピュレータ>
図2及び図3に示すように、マイクロマニピュレータ100は、大別して、操作指としての把持指(後述する固定指505、可動指507)を有し微小物体を取り扱うハンドリング部104と、ハンドリング部104をX、Y方向に移動させるXY駆動部101と、ハンドリング部104の把持指の先端部(後述するエンドエフェクタ505aの先端部、図6参照)を中心としてハンドリング部104を回動させステージ3に載置された微小物体10(図1参照)に対するハンドリング部104の把持指の先端部の姿勢方向を変更するθz駆動部102と、ハンドリング部104をZ方向に移動させるZ駆動部103と、を備えている。
<Micromanipulator>
As shown in FIGS. 2 and 3, the micromanipulator 100 is roughly divided into a handling unit 104 having a gripping finger (a fixed finger 505 and a movable finger 507 described later) as an operation finger and handling a minute object, and a handling unit 104. XY driving unit 101 that moves the X direction in the X and Y directions, and the handling unit 104 is rotated about the tip of the gripping finger of the handling unit 104 (the end of the end effector 505a described later, see FIG. 6). A θz driving unit 102 that changes the posture direction of the tip of the gripping finger of the handling unit 104 with respect to the placed minute object 10 (see FIG. 1), and a Z driving unit 103 that moves the handling unit 104 in the Z direction. I have.

マイクロマニピュレータ100は、上述した架台4に固定される基台201を有している。基台201には、ハンドリング部104を、それぞれ、X、Y方向に駆動するための駆動源となるX方向アクチュエータ202と、Y方向アクチュエータ203とが互いに交差する方向に固定されている。   The micromanipulator 100 has a base 201 fixed to the gantry 4 described above. An X direction actuator 202 and a Y direction actuator 203 that are driving sources for driving the handling unit 104 in the X and Y directions are fixed to the base 201 in directions intersecting each other.

X方向アクチュエータ202は、エンコーダを有し正逆転可能なステッピングモータ202aと、ステッピングモータ202aの出力軸であってエンコーダの反対側に形成されたボールネジ202bに係合するスライダ202cと、スライダ202cが摺動可能な直進ガイドレール(不図示)と、を有する直動アクチュエータであり、Y方向アクチュエータ203も同様に、エンコーダを有し正逆転可能なステッピングモータ203aと、ステッピングモータ203aの出力軸であってエンコーダの反対側に形成されたボールネジ203bに係合するスライダ203cと、スライダ203cが摺動可能な直進ガイドレール(不図示)と、を有している。   The X direction actuator 202 includes a stepping motor 202a having an encoder that can be rotated forward and backward, a slider 202c that is engaged with a ball screw 202b that is an output shaft of the stepping motor 202a and is formed on the opposite side of the encoder, and a slider 202c that slides. The Y direction actuator 203 is also an output shaft of the stepping motor 203a and a stepping motor 203a that has a encoder and can be rotated forward and backward. The slider 203c engages with a ball screw 203b formed on the opposite side of the encoder, and a linear guide rail (not shown) on which the slider 203c can slide.

X方向アクチュエータ202のスライダ202c、Y方向アクチュエータ203のスライダ203cは、パンタグラフ機構204のX方向入力節(リンク)204a、Y方向入力節(リンク)204bにそれぞれ固定されている。このため、X方向アクチュエータ202及びY方向アクチュエータ203はパンタグラフ機構204にX方向及びY方向の直動変位を与えることができる。   The slider 202c of the X direction actuator 202 and the slider 203c of the Y direction actuator 203 are fixed to the X direction input node (link) 204a and the Y direction input node (link) 204b of the pantograph mechanism 204, respectively. For this reason, the X direction actuator 202 and the Y direction actuator 203 can give the pantograph mechanism 204 a linear displacement in the X direction and the Y direction.

図4に示すように、パンタグラフ機構204は、上述したX方向入力節204a、Y方向入力節204bの他に、X方向アクチュエータ202及びY方向アクチュエータ203からそれぞれ入力されたX方向及びY方向の直動変位を合成、拡大してXY方向出力節(リンク)204jに出力するための節(リンク)204c〜204i及び回転対偶204k〜204sを有している。なお、Y方向入力節204bと節204dとを接続する回転対偶204k、及び、X方向入力節204aと節204c、204eとを接続する回転対偶204p、X方向入力節204aと節204hとを接続する回転対偶204qはそれぞれ固定されている。   As shown in FIG. 4, in addition to the X-direction input node 204a and the Y-direction input node 204b described above, the pantograph mechanism 204 is directly connected to the X-direction and Y-direction input from the X-direction actuator 202 and the Y-direction actuator 203, respectively. It has nodes (links) 204c to 204i and rotating pairs 204k to 204s for synthesizing and enlarging the dynamic displacement and outputting them to the XY direction output node (link) 204j. Note that the rotating pair 204k that connects the Y-direction input node 204b and the node 204d, the rotating pair 204p that connects the X-direction input node 204a and the nodes 204c and 204e, and the X-direction input node 204a and the node 204h are connected. The rotating pairs 204q are fixed respectively.

図5に示すように、パンタグラフ機構204は、X方向アクチュエータ202及びY方向アクチュエータ203と干渉しないように、これらのアクチュエータより上方に配置されている。XY方向出力節204jは平板状のベース205aに固定されている。ベース205aは3本の脚部205b〜205dを有している。脚部205b〜205dの先端部には、任意方向に回転可能な球体がはめ込まれている(図2も参照)。脚部205b〜205dにはめ込まれた球体は、ベース205より広く略水平面を有する受け面206に接触している。受け面206は、X方向アクチュエータ202を跨ぐように4本の脚部で上述した基台201に固定されている。また、XY方向出力節204jの略中央には、θz駆動部102を嵌合、固定するための2つの嵌合穴が形成されている。   As shown in FIG. 5, the pantograph mechanism 204 is disposed above these actuators so as not to interfere with the X-direction actuator 202 and the Y-direction actuator 203. The XY direction output node 204j is fixed to a flat base 205a. The base 205a has three leg portions 205b to 205d. A sphere that can rotate in any direction is fitted at the tip of the legs 205b to 205d (see also FIG. 2). The sphere fitted in the leg portions 205b to 205d is in contact with the receiving surface 206 which is wider than the base 205 and has a substantially horizontal plane. The receiving surface 206 is fixed to the base 201 described above with four legs so as to straddle the X-direction actuator 202. In addition, two fitting holes for fitting and fixing the θz driving unit 102 are formed in the approximate center of the XY direction output node 204j.

θz駆動部102はベース301を有している。ベース301からは2本の連結部材306が下方にロッド状に延出されている。これらの連結部材306は、XY方向出力節204jに形成された嵌合穴に嵌合され圧入されている。このため、XY駆動部101とθz駆動部102とは連結されている。また、ベース301には、円弧状のガイドレール302が固定されており、ガイドレール302にはこのガイドレール302上を摺動可能なスライダ303が係合されている。ガイドレール302の円弧中心は、ハンドリング部104の把持指の先端部(エンドエフェクタ505aの先端部)に一致している。   The θz driving unit 102 has a base 301. Two connecting members 306 are extended downward from the base 301 in a rod shape. These connecting members 306 are fitted and press-fitted into fitting holes formed in the XY direction output node 204j. For this reason, the XY drive unit 101 and the θz drive unit 102 are connected. An arc-shaped guide rail 302 is fixed to the base 301, and a slider 303 that can slide on the guide rail 302 is engaged with the guide rail 302. The arc center of the guide rail 302 coincides with the tip of the gripping finger of the handling unit 104 (the tip of the end effector 505a).

スライダ303には、正逆転可能なステッピングモータ304と、ステッピングモータ304からの回転駆動を減速する図示しない第1の減速歯車列からなるギアボックス305とが固定されている。更に、ベース301にはZ駆動部103(ハンドリング部104)側にガイドレール302と同心円状に円弧状壁面301aが形成されており、ベース301の円弧状壁面301aの上側には円弧状壁面301aよりZ駆動部103(ハンドリング部104)側に突出した内歯歯車301bが一体形成されている。また、ギアボックス305の第1の減速歯車列の出力端にはピニオン(不図示)が配設されており、このピニオンが内歯歯車301bに噛合している。このため、第1の減速歯車列で減速されたステッピングモータ304からの回転駆動力(回転トルク)は、第1の減速歯車列のピニオンを経て内歯歯車301bに伝達される。   Fixed to the slider 303 are a stepping motor 304 that can be rotated forward and backward, and a gear box 305 that includes a first reduction gear train (not shown) that decelerates the rotational drive from the stepping motor 304. Further, an arcuate wall surface 301a is formed concentrically with the guide rail 302 on the Z drive unit 103 (handling unit 104) side of the base 301, and an upper side of the arcuate wall surface 301a of the base 301 is from the arcuate wall surface 301a. An internal gear 301b protruding toward the Z drive unit 103 (handling unit 104) is integrally formed. Further, a pinion (not shown) is disposed at the output end of the first reduction gear train of the gear box 305, and this pinion meshes with the internal gear 301b. For this reason, the rotational driving force (rotational torque) from the stepping motor 304 decelerated by the first reduction gear train is transmitted to the internal gear 301b through the pinion of the first reduction gear train.

Z駆動部103は、正逆転可能なステッピングモータ401と、ステッピングモータ401からの回転駆動力を減速する図示しない第2の減速歯車列からなるギアボックス402と、ボールネジ403a、ナット403b、スライダ403c、ガイドレール403d及びホルダ403eを有するZ方向直動機構403とで構成されている。   The Z drive unit 103 includes a stepping motor 401 capable of forward and reverse rotation, a gear box 402 including a second reduction gear train (not shown) that reduces the rotational driving force from the stepping motor 401, a ball screw 403a, a nut 403b, a slider 403c, A Z-direction linear motion mechanism 403 having a guide rail 403d and a holder 403e.

ギアボックス402はθz駆動部102のギアボックス305と一体に構成されており、ステッピングモータ401はギアボックス402に固定されている。ギアボックス402の第2の減速歯車列の出力端には下方に延出されたボールネジ403aが配設されている。ボールネジ403aの先端部側は、ギアボックス402に固定されたホルダ403eに回転可能に軸支されている。ボールネジ403aにはナット403bが螺合しており、ナット403bにはスライダ403cが固定されている。また、ギアボックス402からはボールネジ403aと平行するように直進ガイドレール403dが配設されており、ガイドレール403dの先端部側はホルダ403eに固定されている。スライダ403cはガイドレール403上を摺動可能にガイドレール403に当接している。   The gear box 402 is configured integrally with the gear box 305 of the θz driving unit 102, and the stepping motor 401 is fixed to the gear box 402. A ball screw 403 a extending downward is disposed at the output end of the second reduction gear train of the gear box 402. The tip end side of the ball screw 403a is rotatably supported by a holder 403e fixed to the gear box 402. A nut 403b is screwed to the ball screw 403a, and a slider 403c is fixed to the nut 403b. Further, a linear guide rail 403d is disposed from the gear box 402 so as to be parallel to the ball screw 403a, and the tip end side of the guide rail 403d is fixed to the holder 403e. The slider 403c is in contact with the guide rail 403 so as to be slidable on the guide rail 403.

図2に示すように、Z方向直動機構403のナット403bには、ハンドリング部104側の先端部に貫通穴が形成された連結部材404が固定されている。ハンドリング部104は、ベース501の下部に形成された2つの貫通穴510(図6も参照)と連結部材404のハンドリング部104側の先端部に形成された貫通穴とを貫通する連結ピン508により、Z駆動部103に固定されている。   As shown in FIG. 2, a connecting member 404 having a through-hole formed at the tip on the handling portion 104 side is fixed to the nut 403 b of the Z-direction linear movement mechanism 403. The handling unit 104 includes a connecting pin 508 that passes through two through-holes 510 (see also FIG. 6) formed in the lower portion of the base 501 and a through-hole formed in the tip of the connecting member 404 on the handling unit 104 side. The Z drive unit 103 is fixed.

図6に示すように、ハンドリング部104は、微小物体を把持するために、固定指505と可動指507との2本の把持指を有している。固定指505、可動指507には、それぞれ微小物体と接触するエンドエフェクタ505a、507aが取り付けられている。   As shown in FIG. 6, the handling unit 104 has two gripping fingers, a fixed finger 505 and a movable finger 507, for gripping a minute object. End effectors 505a and 507a that are in contact with a minute object are attached to the fixed finger 505 and the movable finger 507, respectively.

ハンドリング部104のベース501にはメータ等のアクチュエータ502がブラケット503を伴って固定されており、プレート504には固定指505が組み付けられている(固定されている)。プレート504は、固定指505が組み付けられた状態で、ベース501と一定の隙間を形成してベース501に固定されている。この隙間には長板状のレバー506が介在している。レバー506の先端部一側(Z駆動部103の反対側)には可動指507が固定されており、先端部側中央には上下両方向に支点軸506aが突設されている。上述した隙間は、この支点軸506aがプレート504の軸受504aとベース501の軸受501aとに軸支されることにより画定されている。   An actuator 502 such as a meter is fixed to the base 501 of the handling unit 104 with a bracket 503, and a fixed finger 505 is assembled (fixed) to the plate 504. The plate 504 is fixed to the base 501 by forming a fixed gap with the base 501 in a state where the fixed finger 505 is assembled. A long plate-like lever 506 is interposed in the gap. A movable finger 507 is fixed to one side of the tip of the lever 506 (opposite side of the Z drive unit 103), and a fulcrum shaft 506a projects in the vertical direction at the center of the tip. The gap described above is defined by the fulcrum shaft 506a being pivotally supported by the bearing 504a of the plate 504 and the bearing 501a of the base 501.

レバー506の後端には略U字状のスリット(切り欠き)506bが形成されている。スリット506bにはアクチュエータ502の出力ピン502aが係合している。このため、アクチュエータ502を駆動すると、レバー506が支点軸506bを中心として回動することで、固定指505のエンドエフェクタ505aに可動指507のエンドエフェクタ507aが近接ないし離間し、微小物体の把持ないし把持した微小物体の開放を行うことができる。なお、エンドエフェクタ505a及びエンドエフェクタ507aは、先端同士が接触するように、固定指505及び可動指507に配設されたネジで調整可能である。   A substantially U-shaped slit (notch) 506 b is formed at the rear end of the lever 506. The output pin 502a of the actuator 502 is engaged with the slit 506b. Therefore, when the actuator 502 is driven, the lever 506 rotates about the fulcrum shaft 506b, so that the end effector 507a of the movable finger 507 approaches or separates from the end effector 505a of the fixed finger 505, and a minute object is not gripped. The grasped minute object can be opened. Note that the end effector 505a and the end effector 507a can be adjusted with screws provided on the fixed finger 505 and the movable finger 507 so that the tips come into contact with each other.

(動作)
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム200の動作について、コントロールボックス8のCPU(以下、単にCPUという。)を主体として説明する。コントロールボックス8に電源が投入されると、CPUは微小物体処理ルーチンを実行する。
(Operation)
Next, the operation of the minute object handling system 200 of the present embodiment will be described with a CPU of the control box 8 (hereinafter simply referred to as “CPU”) as a subject. When the control box 8 is powered on, the CPU executes a minute object processing routine.

なお、オペレータは、図1に示すように、ステージ3に載置された微小物体10、ハンドリング部104のエンドエフェクタ505a、507aを、顕微鏡2、カメラ5及びPC6を介して、モニタ7の画面7a内に捉える。このとき、必要に応じて、微小物体10及びエンドエフェクタ505aの先端部を画面7aに捉えるために顕微鏡2の顕微鏡の倍率(対物レンズの倍率)を変えるようにしてもよい。この状態で、オペレータは、コントローラ9のジョイスティック等を操作することにより、コントロールボックス8(のPLC)を介してマイクロマニピュレータ100に、X軸方向(以下、X方向と略称する。)、Y軸方向(以下、Y方向と略称する。)、θz方向(エンドエフェクタ505aの先端部を中心とするハンドリング部104の回動方向、すなわち、エンドエフェクタ505a、507aの姿勢方向)、Z軸方向(以下、Z方向と略称する。)の駆動指令と、把持指に対するハンドリング(開閉)の駆動指令を与えて、微小物体10とエンドエフェクタ505a、507aとの相対関係を制御する。   As shown in FIG. 1, the operator connects the micro object 10 placed on the stage 3 and the end effectors 505 a and 507 a of the handling unit 104 to the screen 7 a of the monitor 7 through the microscope 2, the camera 5, and the PC 6. Capture in. At this time, as required, the magnification of the microscope 2 (magnification of the objective lens) may be changed in order to capture the minute object 10 and the tip of the end effector 505a on the screen 7a. In this state, the operator operates the joystick or the like of the controller 9 to the micromanipulator 100 via the control box 8 (PLC), in the X-axis direction (hereinafter abbreviated as the X direction) and the Y-axis direction. (Hereinafter abbreviated as the Y direction), the θz direction (the rotation direction of the handling unit 104 around the tip of the end effector 505a, that is, the posture direction of the end effectors 505a and 507a), the Z-axis direction (hereinafter referred to as “the direction of rotation”). A drive command for the Z direction) and a handling (open / close) drive command for the gripping finger are given to control the relative relationship between the minute object 10 and the end effectors 505a and 507a.

図7に示すように、微小物体処理ルーチンでは、まず、ステップ600で、エンドエフェクタ505aを初期位置に設定するための初期位置設定処理が、初期位置設定処理サブルーチンが呼び出すことにより実行される。図8に示すように、初期位置設定処理サブルーチンでは、ステップ602において、PC6に対しモニタ7の画面中央を通る十字線を表示するように動作命令を送出する。これにより、モニタ7の画面7aには、画面中央Oを通る十字線Cが表示される(図10(A)参照)。   As shown in FIG. 7, in the minute object processing routine, first, in step 600, an initial position setting process for setting the end effector 505a to an initial position is executed by calling an initial position setting process subroutine. As shown in FIG. 8, in the initial position setting processing subroutine, in step 602, an operation command is sent to the PC 6 so as to display a cross line passing through the center of the screen of the monitor 7. Thereby, the crosshair C passing through the screen center O is displayed on the screen 7a of the monitor 7 (see FIG. 10A).

オペレータは、エンドエフェクタ505aの初期位置を設定するために、図10(B)に示すように、エンドエフェクタ505aの先端部が画面中心Oに位置するようにコントローラ9を操作する。すなわち、CPUは、ステップ604で駆動指令がコントローラ9から入力されるまで待機し、駆動指令が入力されると、ステップ606で入力された駆動指令を取り込み、次のステップ608においてマイクロマニピュレータ100に対する駆動制御を実行する。   In order to set the initial position of the end effector 505a, the operator operates the controller 9 so that the tip of the end effector 505a is positioned at the screen center O as shown in FIG. That is, the CPU waits until a drive command is input from the controller 9 in step 604. When the drive command is input, the CPU receives the drive command input in step 606, and drives the micromanipulator 100 in the next step 608. Execute control.

駆動指令には、上述したように、ハンドリング部104の把持指に対するX方向駆動指令、Y方向駆動指令、Z方向駆動指令、θz方向駆動指令、把持駆動指令等があり、コントローラ9からは駆動量も合わせて入力される。例えば、コントローラ9のジョイスティックにX方向駆動指令及びY方向駆動指令の入力が割り当てられている場合には、ジョイスティックからの入力がX方向駆動指令及びY方向駆動指令であり、ジョイスティックの倒れた角度のX方向成分をX方向駆動量、Y方向成分をY方向駆動量とすることができる。CPUは、上記駆動指令のうちどの駆動指令が入力されたのかを判断し、入力された駆動量を駆動指令に対応するステッピングモータのパルス数に変換し、変換したパルス数(のデジタル信号)を上述した図示しないアクチュエータ制御部に送出する。アクチュエータ制御部は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、駆動指令の対象となるステッピングモータに駆動パルスを送出する。   As described above, the drive command includes an X direction drive command, a Y direction drive command, a Z direction drive command, a θz direction drive command, a grip drive command, and the like for the gripping finger of the handling unit 104. Are also entered. For example, when the input of the X direction drive command and the Y direction drive command is assigned to the joystick of the controller 9, the input from the joystick is the X direction drive command and the Y direction drive command, and the angle of the tilt angle of the joystick is The X direction component can be the X direction drive amount, and the Y direction component can be the Y direction drive amount. The CPU determines which of the drive commands is input, converts the input drive amount into the number of pulses of the stepping motor corresponding to the drive command, and converts the converted number of pulses (digital signal). The data is sent to the actuator control unit (not shown). The actuator control unit converts the digital signal into an analog signal, and sends a drive pulse to the stepping motor that is the target of the drive command.

<X方向駆動>
図2〜図4に示すように、X方向アクチュエータ202にアクチュエータ制御部から駆動パルスが送出されると、ステッピングモータ202aは、ボールネジ202bを回転させ、スライダ202cを介して、パンタグラフ機構204のX方向入力節204aを図3の水平方向(X方向)に移動させる。ここで、回転対偶204kは上述したように固定されているので、回転対偶204pの変位は、回転対偶204k〜204sの位置をそれぞれの末尾のアルファベットをとってk〜sとしたときに、△klp:△kmoの相似比に拡大されて回転対偶204oに出力され、回転対偶204oを変位(移動)させる。なお、節204g、204h、204iは、節204c〜204iの位置をそれぞれ末尾のアルファベットをとってc〜iとしたときに、□pqrn及び□osrnの二つの平行四辺形ループを加えるように付加されたリンクで、XY方向出力節204jの姿勢を一定に保つ機能を有している。
<X direction drive>
As shown in FIGS. 2 to 4, when a drive pulse is sent from the actuator control unit to the X direction actuator 202, the stepping motor 202 a rotates the ball screw 202 b and the X direction of the pantograph mechanism 204 via the slider 202 c. The input node 204a is moved in the horizontal direction (X direction) in FIG. Here, since the rotation pair 204k is fixed as described above, the displacement of the rotation pair 204p is Δklp when the positions of the rotation pairs 204k to 204s are taken as k to s by taking the alphabet at the end of each. : Enlarged to a similarity ratio of Δkmo and output to the rotation pair 204o to displace (move) the rotation pair 204o. The nodes 204g, 204h, and 204i are added to add two parallelogram loops □ pqrn and □ osrn when the positions of the nodes 204c to 204i are taken as c to i, respectively. The link has a function of keeping the posture of the XY direction output node 204j constant.

<Y方向駆動>
Y方向アクチュエータ203にアクチュエータ制御部から駆動パルスが送出されると、ステッピングモータ203aは、ボールネジ203bを回転させ、スライダ203cを介して、パンタグラフ機構204のY方向入力節204bを図3の鉛直方向(Y方向)に移動させる。ここで、回転対偶204pは上述したように固定されているので、回転対偶204kの変位は、上記同様、回転対偶204k〜204sの位置をそれぞれの末尾のアルファベットをとってk〜sとしたときに、△klp:△onpの相似比に拡大されて回転対偶204oに出力され、回転対偶204oを変位(移動)させる。
<Y direction drive>
When a drive pulse is sent from the actuator control unit to the Y-direction actuator 203, the stepping motor 203a rotates the ball screw 203b, and the Y-direction input node 204b of the pantograph mechanism 204 is moved in the vertical direction of FIG. (Y direction). Here, since the rotating pair 204p is fixed as described above, the displacement of the rotating pair 204k is similar to the above when the positions of the rotating pairs 204k to 204s are taken as k to s by taking the alphabet at the end of each. , Δklp: Δonp, and is output to the rotation pair 204o to displace (move) the rotation pair 204o.

上述したようにX方向、Y方向の駆動指令の入力によりパンタグラフ機構204のXY方向出力節204jが変位(移動)すると、XY方向出力節204jには連結部材306を介してθz駆動部102、Z駆動部103及びハンドリング部104の重量がZ方向に作用するが、ベース205の脚部205b〜205dを介して受け面206がその負荷を受ける。脚部205b〜205dの先端部には任意方向に回転可能な球体がはめ込まれているため、球体が受け面206を転がり移動することで、パンタグラフ機構204にZ方向の負荷を掛けず、低摩擦負荷の移動を可能にしている。   As described above, when the XY direction output node 204j of the pantograph mechanism 204 is displaced (moved) by the input of drive commands in the X direction and Y direction, the θz drive unit 102, Z is connected to the XY direction output node 204j via the connecting member 306. Although the weights of the drive unit 103 and the handling unit 104 act in the Z direction, the receiving surface 206 receives the load via the legs 205b to 205d of the base 205. Since the sphere that can rotate in any direction is fitted at the tip of the legs 205b to 205d, the sphere rolls and moves on the receiving surface 206, so that a load in the Z direction is not applied to the pantograph mechanism 204 and low friction is achieved. The load can be moved.

<θz方向駆動>
図5に示すように、ステッピングモータ304にアクチュエータ制御部から駆動パルスが送出されると、ギアボックス305の第1の減速歯車列の出力端に配されたピニオン(不図示)にトルクが伝達されて、スライダ303が、ベース301の内歯歯車301bに係合して遊星歯車状にガイドレール302に沿って回動動作する。ギアボックス305とスライダ303とは一体で、ギアボックス305とギアボックス402は一体となっており、このギアボックス402にホルダ403e(Z方向直動機構403)が固定されており、かつ、Z方向直動機構403のナット403bに連結部材404が固定され連結ピン508でハンドリング部104がZ方向駆動機構403(Z駆動部103)に固定されているので、ステッピングモータ304が駆動すると、θz駆動部102の回動動作に伴って、Z駆動部103及びハンドリング部104は一体に、ハンドリング部104の把持指の先端部(エンドエフェクタ505a、507aが接触する先端部)を中心に回動動作をする。
<Θz direction drive>
As shown in FIG. 5, when a drive pulse is sent from the actuator controller to the stepping motor 304, torque is transmitted to a pinion (not shown) arranged at the output end of the first reduction gear train of the gear box 305. Thus, the slider 303 engages with the internal gear 301b of the base 301 and rotates along the guide rail 302 like a planetary gear. The gear box 305 and the slider 303 are integrated, and the gear box 305 and the gear box 402 are integrated. A holder 403e (Z-direction linear movement mechanism 403) is fixed to the gear box 402, and the Z-direction. Since the connecting member 404 is fixed to the nut 403b of the linear motion mechanism 403 and the handling unit 104 is fixed to the Z direction driving mechanism 403 (Z driving unit 103) by the connecting pin 508, when the stepping motor 304 is driven, the θz driving unit Along with the rotation operation of 102, the Z driving unit 103 and the handling unit 104 integrally rotate around the tip of the gripping finger of the handling unit 104 (the tip that contacts the end effectors 505 a and 507 a). .

<Z方向駆動>
図5に示すように、ステッピングモータ401にアクチュエータ制御部から駆動パルスが送出されると、ステッピングモータ401はギアボックス402に配設された第2の減速歯車列を介してボールネジ403aを回転し、ナット403bと一体のハンドリング部104をガイドレール403dに沿って図5の上下方向(Z方向)移動させる。また、CPUは、コントローラ9からZ方向駆動指令が入力されると、ハンドリング部104を上昇させる方向(ステッピングモータ401の正転方向)の駆動指令か、ハンドリング部104を下降させる方向(ステッピングモータ401の逆転方向)の駆動指令かを判断し、PC6の音声生成回路を作動させる。これにより、ステッピングモータ401の駆動(厳密には上述したアクチュエータ制御部の駆動パルスの出力)に同期して、ハンドリング部104が上昇するときは、スピーカ11から高音の音声が出力され、下降するときは、低音の音声が出力される。
<Z direction drive>
As shown in FIG. 5, when a driving pulse is sent from the actuator control unit to the stepping motor 401, the stepping motor 401 rotates the ball screw 403 a via the second reduction gear train disposed in the gear box 402, The handling part 104 integral with the nut 403b is moved in the vertical direction (Z direction) in FIG. 5 along the guide rail 403d. In addition, when a Z direction drive command is input from the controller 9, the CPU issues a drive command in a direction to raise the handling unit 104 (forward rotation direction of the stepping motor 401) or a direction to lower the handling unit 104 (stepping motor 401. And the voice generation circuit of the PC 6 is activated. As a result, when the handling unit 104 rises in synchronization with the driving of the stepping motor 401 (strictly speaking, the output of the driving pulse of the actuator control unit described above), a high-pitched sound is output from the speaker 11 and descends. Produces a low-pitched sound.

<把持駆動>
図6に示すように、アクチュエータ502にアクチュエータ制御部からアナログ所定電圧が引加されると、出力ピン502aが回動変位し、レバー506のスリット506bに変位が伝達され、レバー506は支点軸506aを中心に回動する。これにより、可動指507のエンドエフェクタ507aは、固定指505のエンドエフェクタ505aに対し、近接、又は、離間する動きをする。従って、固定指505、可動指507の2本の把持指は、微小物体10の把持ないし把持した微小物体10の開放を行うことができる。
<Gripping drive>
As shown in FIG. 6, when an analog predetermined voltage is applied to the actuator 502 from the actuator controller, the output pin 502a is rotationally displaced, and the displacement is transmitted to the slit 506b of the lever 506, and the lever 506 is supported by the fulcrum shaft 506a. Rotate around the center. As a result, the end effector 507a of the movable finger 507 moves toward or away from the end effector 505a of the fixed finger 505. Therefore, the two gripping fingers of the fixed finger 505 and the movable finger 507 can grip the minute object 10 or release the grasped minute object 10.

ステップ608では、以上の駆動制御が実行可能であるが、エンドエフェクタ505aの初期位置を設定するためには、エンドエフェクタ505aの先端部が画面中心Oに位置するように、オペレータがコントローラ9から少なくともX方向駆動指令及びY方向駆動指令を入力することが必要である。オペレータは、画面7aからエンドエフェクタ505aの先端部が画面中心Oに位置したことを視認することができる(図10(B)参照)。   In step 608, the above-described drive control can be performed. However, in order to set the initial position of the end effector 505a, the operator moves at least the controller 9 from the controller 9 so that the tip of the end effector 505a is positioned at the screen center O. It is necessary to input an X direction drive command and a Y direction drive command. The operator can visually recognize from the screen 7a that the tip of the end effector 505a is located at the screen center O (see FIG. 10B).

次に、図8のステップ610では、コントローラ9からエンドエフェクタ505aの先端部が画面中心Oに位置したことを表す情報(初期位置情報)が入力されたか否かを判断する。このような入力は、例えば、コントローラ9の○ボタンが押下されたか否かを判定することにより行うことができる。否定判断のときは、エンドエフェクタ505aの先端部を画面中心Oに位置させる操作を続行するためにステップ604に戻り、肯定判断のときは、ステップ612において、エンドエフェクタ505aの先端部の位置を初期位置として設定する。換言すれば、CPUはステッピングモータ202a、203aへの累計パルス数を、それぞれ(ステッピングモータ202aへの累計パルス数,ステッピングモータ203aへの累計パルス数)=(0,0)に設定する。   Next, in step 610 of FIG. 8, it is determined whether or not information (initial position information) indicating that the tip of the end effector 505a is located at the screen center O is input from the controller 9. Such an input can be performed, for example, by determining whether or not the ○ button of the controller 9 is pressed. If a negative determination is made, the process returns to step 604 to continue the operation of positioning the tip of the end effector 505a at the screen center O. If an affirmative determination is made, in step 612, the position of the tip of the end effector 505a is initialized. Set as position. In other words, the CPU sets the total number of pulses to the stepping motors 202a and 203a to (total number of pulses to the stepping motor 202a and total number of pulses to the stepping motor 203a) = (0, 0), respectively.

次にステップ614では、オペレータに顕微鏡2の倍率情報の入力を促すために、モニタ7の画面7aにメッセージボックスとインプットボックスとを表示させるように、PC6にコマンドを送出する。これにより、画面7aには、例えば、「顕微鏡の倍率情報を入力して下さい。」とのメッセージボックスと、オペレータが倍率情報を入力するためのインプットボックスとが表示される。次のステップ618では、PC6から顕微鏡2の倍率情報を受信したか否かを判断することにより、オペレータによりインプットボックスに倍率情報が入力されたか否かを判断し、否定判断のときはステップ614に戻り、肯定判断のときは、ステップ620において倍率情報を取り込む。   Next, in step 614, in order to prompt the operator to input magnification information of the microscope 2, a command is sent to the PC 6 so that a message box and an input box are displayed on the screen 7a of the monitor 7. Thus, for example, a message box “Please input microscope magnification information” and an input box for the operator to input magnification information are displayed on the screen 7a. In the next step 618, it is determined whether or not the magnification information of the microscope 2 has been received from the PC 6, thereby determining whether or not the magnification information has been input to the input box by the operator. If the determination is affirmative, step 620 captures magnification information.

次のステップ622では、顕微鏡の倍率(例えば、1倍のとき)と、画面7aの画面中心Oから水平及び垂直方向画面端までの距離に相当するX方向及びY方向の初期位置からの実距離との関係を表し予めPLCのROMに記憶されている相関テーブルを読み出す。次にステップ624では、ステップ620で取り込んだ倍率情報と相関テーブルとにより、画面7aの画面中心Oから水平及び垂直方向画面端までの距離(X1,Y1)に相当するX方向及びY方向の初期位置からの実距離(Xmax,Ymax)を演算する(図10(A)参照)。次いでステップ626では、エンドエフェクタ505aの先端部を、ステッピングモータ202a、203aで、初期位置から実距離(Xmax,Ymax)間を駆動するための駆動許容パルス数(PXmax,PYmax)を演算し、演算結果をRAMに格納して初期位置設定処理サブルーチンを終了し、図7のステップ700に進む。   In the next step 622, the actual magnification from the initial position in the X and Y directions corresponding to the magnification of the microscope (for example, 1) and the distance from the screen center O of the screen 7a to the horizontal and vertical screen edges. A correlation table stored in advance in the PLC ROM is read. Next, in step 624, the X-direction and Y-direction initial values corresponding to the distances (X1, Y1) from the screen center O of the screen 7a to the horizontal and vertical screen edges are calculated based on the magnification information and the correlation table acquired in step 620. The actual distance (Xmax, Ymax) from the position is calculated (see FIG. 10A). Next, at step 626, the number of allowable driving pulses (PXmax, PYmax) for driving the tip of the end effector 505a between the initial position and the actual distance (Xmax, Ymax) is calculated by the stepping motors 202a, 203a. The result is stored in the RAM, the initial position setting processing subroutine is terminated, and the process proceeds to step 700 in FIG.

ステップ700では、エンドエフェクタ505aの先端部を常に画面7a内に捉えるための駆動制御制限処理が、駆動制御制限処理サブルーチンを呼び出すことにより実行される。図9に示すように、駆動制御制限処理サブルーチンでは、ステップ702でモニタ7の画面7a内にエンドエフェクタ505aの先端部を捉えて駆動することができる旨の表示を表示し、次のステップ704において、コントローラ9から駆動制御制限処理サブルーチンを終了する命令が入力されたか否かを判断する。肯定判断のときは、駆動制御制限処理サブルーチン及び微小物体処理ルーチンを終了し、否定判断のときは、ステップ706でコントローラ9から駆動指令が入力されたか否かを判断する。ステップ706での判断が否定のときはステップ702に戻り、肯定のときはステップ708で駆動指令を取り込み、次のステップ710において取り込んだ駆動指令がX方向及び/又はY方向の駆動指令か否かを判断する。   In step 700, drive control restriction processing for always capturing the tip of the end effector 505a in the screen 7a is executed by calling a drive control restriction processing subroutine. As shown in FIG. 9, in the drive control restriction processing subroutine, in step 702, a display indicating that the tip of the end effector 505 a can be captured and displayed is displayed on the screen 7 a of the monitor 7. Then, it is determined whether or not a command for ending the drive control restriction processing subroutine is input from the controller 9. If the determination is affirmative, the drive control restriction processing subroutine and the minute object processing routine are terminated. If the determination is negative, it is determined in step 706 whether or not a drive command is input from the controller 9. If the determination in step 706 is negative, the process returns to step 702. If the determination is positive, a drive command is fetched in step 708, and whether or not the drive command fetched in the next step 710 is a drive command in the X direction and / or Y direction. Judging.

ステップ710での判断が肯定のときは、ステップ712において駆動指令による駆動距離を演算し、演算した駆動距離から駆動パルス数(PXa,PYa)を演算する。次にステップ714で、前回、RAMに記憶した累計パルス数(PXt,PYt)を読み出して(ステップ724も参照)、ステップ716で、ステップ716で読み出した累計パルス数(PXt,PYt)と、ステップ712で演算した駆動パルス数(PXa,PYa)とを合計した合計パルス数(PXt+PXa,PYt+PYa)とを演算する。合計パルス数は、エンドエフェクタ505aの先端部の初期位置でのパルス数を(0,0)とし、ステッピングモータ202a、203aに送出したパルス数をX方向、Y方向でそれぞれ累計したものである。   If the determination in step 710 is affirmative, the driving distance based on the driving command is calculated in step 712, and the number of driving pulses (PXa, PYa) is calculated from the calculated driving distance. Next, in step 714, the previous cumulative pulse number (PXt, PYt) stored in the RAM is read (see also step 724). In step 716, the cumulative pulse number (PXt, PYt) read in step 716 and step The total number of pulses (PXt + PXa, PYt + PYa) obtained by adding the number of drive pulses (PXa, PYa) calculated in 712 is calculated. The total number of pulses is obtained by accumulating the number of pulses sent to the stepping motors 202a and 203a in the X and Y directions, with the number of pulses at the initial position of the tip of the end effector 505a being (0, 0).

なお、図10(A)に示した十字線CをXY座標系とし初期位置Oを原点として捉えた場合、エンドエフェクタ505aの先端部の位置は、X方向の合計パルス数(PXt+PXa)が正、かつ、Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)が正の場合には第1象限に、X方向の合計パルス数(PXt+PXa)が負、かつ、Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)が正の場合には第2象限に、X方向の合計パルス数(PXt+PXa)が負、かつ、Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)が負の場合には第3象限に、X方向の合計パルス数(PXt+PXa)が正、かつ、Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)が負の場合には第4象限に存在することとなる。   When the crosshair C shown in FIG. 10A is taken as the XY coordinate system and the initial position O is regarded as the origin, the position of the tip of the end effector 505a is positive in the total number of pulses (PXt + PXa) in the X direction. In addition, when the total number of pulses in the Y direction (PYt + PYa) is positive, the first quadrant is negative, when the total number of pulses in the X direction (PXt + PXa) is negative and the total number of pulses in the Y direction (PYt + PYa) is positive. In the second quadrant, when the total number of pulses in the X direction (PXt + PXa) is negative and the total number of pulses in the Y direction (PYt + PYa) is negative, the total number of pulses in the X direction (PXt + PXa) is If the total number of pulses in the Y direction (PYt + PYa) is negative, it exists in the fourth quadrant.

次いでステップ718において、合計パルス数{(PXt+PXa,PYt+PYa)の絶対値}がステップ626で演算した駆動許容パルス数(PXmax,PYmax)以下かをX方向、Y方向のそれぞれについて判断し、肯定判断のときは、ステップ720においてステップ712で演算した駆動パルス数を出力し、否定判断のときはステップ722において駆動許容パルス数(PXmax,PYmax)を越えるパルス数の出力を制限し、{PXmax−(PXt+PXa),PYmax−(PYt+PYa)}の駆動パルス数を出力する。   Next, at step 718, it is determined for each of the X direction and the Y direction whether the total pulse number {absolute value of (PXt + PXa, PYt + PYa)} is equal to or smaller than the drive allowable pulse number (PXmax, PYmax) calculated at step 626. In step 720, the number of drive pulses calculated in step 712 is output. In the case of negative determination, in step 722, the output of the number of pulses exceeding the allowable drive pulse number (PXmax, PYmax) is limited, and {PXmax− (PXt + PXa ), PYmax− (PYt + PYa)} is output.

ここで、ステップ718での判断の前提となる全ての態様について整理すれば、(1){X方向の合計パルス数(PXt+PXa)の絶対値}≦X方向の駆動許容パルス数PXmax、かつ、{Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)の絶対値}≦Y方向の駆動許容パルス数PYmax、(2){X方向の合計パルス数(PXt+PXa)の絶対値}>X方向の駆動許容パルス数PXmax、かつ、{Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)の絶対値}≦Y方向の駆動許容パルス数PYmax、(3){X方向の合計パルス数(PXt+PXa)の絶対値}≦X方向の駆動許容パルス数PXmax、かつ、{Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)の絶対値}>Y方向の駆動許容パルス数PYmax、(4){X方向の合計パルス数(PXt+PXa)の絶対値}>X方向の駆動許容パルス数PXmax、かつ、{Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)の絶対値}>Y方向の駆動許容パルス数PYmaxの4態様となる。   Here, if all the aspects that are the premise of the determination in step 718 are summarized, (1) {the absolute value of the total number of pulses in the X direction (PXt + PXa)} ≦ the number of allowable driving pulses PXmax in the X direction, and { Absolute value of total number of pulses in Y direction (PYt + PYa)} ≦ number of allowable drive pulses in Y direction PYmax, (2) {Absolute value of total number of pulses in X direction (PXt + PXa)}> Number of allowable drive pulses in the X direction PXmax, And {the absolute value of the total number of pulses in the Y direction (PYt + PYa)} ≦ the allowable number of driving pulses PYmax in the Y direction, (3) {the absolute value of the total number of pulses in the X direction (PXt + PXa)} ≦ the allowable driving pulses in the X direction PXmax and {the absolute value of the total number of pulses in the Y direction (PYt + PYa)}> the allowable number of drive pulses PYmax in the Y direction, (4) {the total number of pulses in the X direction ( Xt + PXa) of the absolute value}> X direction of the driving allowable pulse number pxmax, and a {Y direction total pulse number (PYt + PYa) of the absolute value}> Y direction fourth aspect of the driving allowable pulse number pymax.

上記(1)の場合は、X方向及びY方向共にステップ626で演算した駆動許容パルス数の範囲内のため、ステップ718での判断はX方向及びY方向共に肯定となり、コントローラ9からの駆動指令通りに駆動パルスを出力しエンドエフェクタ505aの先端部を移動させてもエンドエフェクタ505aの先端部は画面7aから外れる(画面7aの範囲外となる)ことはない。このため、ステップ720において、ステップ712で演算した駆動パルス数を出力する。図10(C)に実線で示したエンドエフェクタ505aはこの態様を表しており、より具体的には、X方向の合計パルス数(PXt+PXa)が正、かつ、Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)が負の場合を表している。   In the case of (1) above, both the X direction and the Y direction are within the range of allowable drive pulses calculated in step 626, so the determination in step 718 is affirmative in both the X direction and the Y direction, and the drive command from the controller 9 Even if the driving pulse is output and the tip of the end effector 505a is moved, the tip of the end effector 505a does not come off the screen 7a (out of the range of the screen 7a). Therefore, in step 720, the number of drive pulses calculated in step 712 is output. The end effector 505a shown by the solid line in FIG. 10C represents this mode. More specifically, the total number of pulses in the X direction (PXt + PXa) is positive and the total number of pulses in the Y direction (PYt + PYa). Represents the negative case.

上記(2)の場合は、X方向については、ステップ626で演算した駆動許容パルス数の範囲を越えるため、ステップ718での判断は否定となり、ステップ722においてX方向の駆動許容パルス数PXmaxを越えるパルス数の出力を制限し、PXmax−(PXt+PXa)の駆動パルス数を出力する。一方、Y方向については、ステップ626で演算した駆動許容パルス数の範囲内のため、ステップ718での判断は肯定となり、コントローラ9からの駆動指令通りにY方向の駆動パルスを出力しエンドエフェクタ505aの先端部を移動させてもエンドエフェクタaの先端部は画面7aから外れることはない。このため、ステップ720において、ステップ712で演算したY方向の駆動パルス数を出力する。図10(C)に破線で示したエンドエフェクタ505aはこの態様を表しており、より具体的には、X方向の合計パルス数(PXt+PXa)が正、かつ、Y方向の合計パルス数(PYt+PYa)が正の場合を表している。   In the case of (2) above, the X direction exceeds the drive allowable pulse number range calculated in step 626, so the determination in step 718 is negative, and in step 722 the drive allowable pulse number PXmax in the X direction is exceeded. The output of the number of pulses is limited, and the number of drive pulses of PXmax− (PXt + PXa) is output. On the other hand, since the Y direction is within the range of the allowable drive pulses calculated in step 626, the determination in step 718 is affirmative, and the Y direction drive pulse is output according to the drive command from the controller 9 to output the end effector 505a. The tip of the end effector a is not detached from the screen 7a even if the tip of the tip is moved. For this reason, in step 720, the number of drive pulses in the Y direction calculated in step 712 is output. The end effector 505a indicated by a broken line in FIG. 10C represents this mode. More specifically, the total number of pulses in the X direction (PXt + PXa) is positive and the total number of pulses in the Y direction (PYt + PYa). Represents a positive case.

上記(3)の場合は、X方向については、ステップ626で演算した駆動許容パルス数の範囲内のため、ステップ718での判断は肯定となり、コントローラ9からの駆動指令通りにX方向の駆動パルスを出力しエンドエフェクタ505aの先端部を移動させてもエンドエフェクタaの先端部は画面7aから外れることはない。このため、ステップ720において、ステップ712で演算したX方向の駆動パルス数を出力する。一方、Y方向については、ステップ626で演算した駆動許容パルス数の範囲を越えるため、ステップ718での判断は否定となり、ステップ722においてY方向の駆動許容パルス数PYmaxを越えるパルス数の出力を制限し、PYmax−(PYt+PYa)の駆動パルス数を出力する。   In the case of (3) above, since the X direction is within the range of the allowable drive pulse number calculated in step 626, the determination in step 718 is affirmative, and the drive pulse in the X direction is driven according to the drive command from the controller 9. And the tip of the end effector 505a is not moved off the screen 7a. For this reason, in step 720, the number of drive pulses in the X direction calculated in step 712 is output. On the other hand, in the Y direction, since the range of the allowable drive pulse number calculated in step 626 is exceeded, the determination in step 718 is negative, and in step 722, the output of the pulse number exceeding the allowable drive number PYmax in the Y direction is limited. Then, the number of drive pulses PYmax− (PYt + PYa) is output.

上記(4)の場合は、X方向については、ステップ626で演算した駆動許容パルス数の範囲を越えるため、ステップ718での判断は否定となり、ステップ722においてX方向の駆動許容パルス数PXmaxを越えるパルス数の出力を制限し、PXmax−(PXt+PXaの駆動パルス数を出力する。一方、Y方向についても、ステップ626で演算した駆動許容パルス数の範囲を越えるため、ステップ718での判断は否定となり、ステップ722においてY方向の駆動許容パルス数PYmaxを越えるパルス数の出力を制限し、PYmax−(PYt+PYa)の駆動パルス数を出力する。   In the case of (4) above, since the range of the allowable drive pulse number calculated in step 626 is exceeded in the X direction, the determination in step 718 is negative, and in step 722, the allowable drive number of pulses PXmax in the X direction is exceeded. The output of the number of pulses is limited, and the number of drive pulses of PXmax− (PXt + PXa is output. On the other hand, since the range of the allowable drive pulse number calculated in step 626 is also exceeded in the Y direction, the determination in step 718 is negative. In step 722, the output of the number of pulses exceeding the allowable drive number PYmax in the Y direction is limited, and the number of drive pulses PYmax− (PYt + PYa) is output.

次のステップ724では、次の駆動指令に備え(ステップ714参照)、出力した累計パルス数を記憶して、ステップ702に戻る。   In the next step 724, in preparation for the next drive command (see step 714), the output cumulative pulse number is stored, and the process returns to step 702.

一方、ステップ710での判断が否定のときは、ステップ726において、ステップ608で説明したθz方向駆動、Z方向駆動、把持駆動等の別処理を実行してステップ702に戻る。   On the other hand, if the determination in step 710 is negative, in step 726, another process such as the θz direction drive, the Z direction drive, and the grip drive described in step 608 is executed, and the process returns to step 702.

(作用等)
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム200の作用等について説明する。
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the minute object handling system 200 of the present embodiment will be described.

本実施形態の微小物体ハンドリングシステム200では、モニタ7の画面7aの画面中心Oをエンドエフェクタ505aの先端部の初期位置に設定し(ステップ612)、顕微鏡2の倍率と、画面中心Oから水平及び垂直画面端までの距離に相当するX方向及びY方向の初期位置からの実距離との関係を表す相関テーブルとから実距離(Xmax,Ymax)を演算し、初期位置から実距離(Xmax,Ymax)間を駆動するための駆動許容パルス数(PXmax,PYmax)を演算して(ステップ622〜626)、駆動許容パルス数(PXmax,PYmax)を越えるステッピングモータ202a、203aへのパルスの出力を制限したので(ステップ722)、エンドエフェクタ505aの先端部が画面7aの画像表示範囲を越えて駆動しない。このため、オペレータがコントローラ9からマイクロマニピュレータ100へのX方向及びY方向の駆動指令を誤っても、エンドエフェクタ505aの先端部が常に画面7a内に表示される。従って、オペレータは操作を中断して顕微鏡2の倍率を下げてエンドエフェクタ505aを画面中心Oの近傍に復帰させた後、顕微鏡2を元の倍率の戻すという作業を避けることができ、オペレータの操作に伴うストレスを解消することができる。   In the minute object handling system 200 of the present embodiment, the screen center O of the screen 7a of the monitor 7 is set to the initial position of the tip of the end effector 505a (step 612), and the magnification of the microscope 2 is set horizontally and from the screen center O. The actual distance (Xmax, Ymax) is calculated from the correlation table representing the relationship with the actual distance from the initial position in the X direction and the Y direction corresponding to the distance to the vertical screen end, and the actual distance (Xmax, Ymax) from the initial position. ) To calculate the allowable drive pulse number (PXmax, PYmax) for driving between (steps 622 to 626), and limit the output of pulses to the stepping motors 202a and 203a exceeding the allowable drive pulse number (PXmax, PYmax) (Step 722), the tip of the end effector 505a exceeds the image display range of the screen 7a. Not driven Te. For this reason, even if the operator mistakes the X and Y direction drive commands from the controller 9 to the micromanipulator 100, the tip of the end effector 505a is always displayed in the screen 7a. Therefore, the operator can avoid the operation of reducing the magnification of the microscope 2 and returning the end effector 505a to the vicinity of the screen center O and then returning the microscope 2 to the original magnification after stopping the operation. The stress that accompanies can be eliminated.

また、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム200では、Z方向駆動において、ステッピングモータ401の駆動に同期して、ハンドリング部104が上昇するときは、スピーカ11から高音の音声を出力し、下降するときは、低音の音声を出力する。このため、オペレータは、顕微鏡2が正立、倒立に拘わらず、コントローラ9からエンドエフェクタ505a、507aに対するZ方向駆動指令を誤って入力することを防止することができ、微小物体10の損傷を避けることができる。   Further, in the minute object handling system 200 of the present embodiment, in the Z direction driving, when the handling unit 104 rises in synchronization with the driving of the stepping motor 401, a high-pitched sound is output from the speaker 11, and the descending Outputs bass sound. For this reason, the operator can prevent the controller 9 from erroneously inputting a Z-direction drive command to the end effectors 505a and 507a regardless of whether the microscope 2 is upright or inverted, and avoids damage to the minute object 10. be able to.

なお、本実施形態では、初期位置設定処理で、エンドエフェクタ505aを画面中心Oに位置させる例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、初期位置設定処理において、図11(A)に示すように、画面中心を含む矩形状の中心領域Aを画面7aに表示し、図11(B)に示すように、コントローラ9からエンドエフェクタ505aの先端部が中心領域A内に位置したことを表す情報が入力されたときに、エンドエフェクタ505aの先端部が画面中心にあるものとみなしてエンドエフェクタ505aの先端部の位置を初期位置として設定しておき、駆動制御制限処理において、顕微鏡の倍率、画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離、並びに、画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの実際の距離の関係を表し予めPLCのROMに記憶されている相関テーブルを読み出し、画面中心から水平及び垂直方向画面端までの距離をそれぞれX1,Y1、画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの距離をそれぞれx,yとしたときに、相関テーブルと顕微鏡2の倍率情報とから、画面中心から(距離X1−距離x)までの距離に相当するエンドエフェクタ505aの先端部のX方向の実距離、及び、画面中心から(距離Y1−距離y)までの距離に相当するエンドエフェクタ505aの先端部のY方向の実距離を演算し、該演算された実距離を越えるX方向及びY方向の駆動範囲を制限するようにしてもよい。このような駆動範囲の制限は、具体的には、上記実施形態と同様に、パルス数を制限することにより行うことができる。このようにすれば、エンドエフェクタ505aの先端部を画面中心に一致させる操作のストレスが緩和されるので、使い勝手のよい(操作性の高い)微小物体ハンドリングシステムを構成することができる。なお、中心領域は矩形状に限定されず、例えば、円形でもよいことは云うまでもない。   In the present embodiment, an example is shown in which the end effector 505a is positioned at the screen center O in the initial position setting process, but the present invention is not limited to this. For example, in the initial position setting process, a rectangular center area A including the screen center is displayed on the screen 7a as shown in FIG. 11A, and the end effector is displayed from the controller 9 as shown in FIG. When information indicating that the tip end portion of the end effector 505a is located in the center area A is input, the tip end portion of the end effector 505a is regarded as being at the center of the screen, and the position of the tip end portion of the end effector 505a is set as the initial position. The relationship between the magnification of the microscope, the actual distance from the screen center to the horizontal and vertical screen edges, and the actual distance from the screen center to the horizontal and vertical center areas in the drive control restriction process. The correlation table stored in advance in the ROM of the PLC is read, and the distances from the screen center to the horizontal and vertical screen edges are respectively represented by X1, Y1. Corresponding to the distance from the center of the screen to (distance X1−distance x) from the correlation table and the magnification information of the microscope 2 when the distance from the center of the screen to the horizontal and vertical center region ends is x and y, respectively. The actual distance in the X direction of the distal end portion of the end effector 505a to be calculated and the actual distance in the Y direction of the distal end portion of the end effector 505a corresponding to the distance from the screen center to (distance Y1-distance y) are calculated. The driving range in the X direction and the Y direction that exceed the actual distance may be limited. Specifically, the limitation of the driving range can be performed by limiting the number of pulses as in the above embodiment. In this way, since the stress of the operation of making the tip of the end effector 505a coincide with the center of the screen is alleviated, a user-friendly (high operability) minute object handling system can be configured. Needless to say, the central region is not limited to a rectangular shape, and may be, for example, a circular shape.

また、本実施形態では、カメラ5のCCDで撮像された画像をPC6を介してモニタ7に表示する例を示したが(図12(A)参照)、本発明はこれに制約されず、図12(B)〜(D)に示すように、エンドエフェクタ505aの画像を回転ないし反転して表示するようにしてもよい。このような態様では、オペレータはコントローラ9のボタンにより回転ないし反転指令を入力し、コントローラボックス8のPLCがPC6に回転ないし反転コマンドを送出するように構成すればよい。このようにすれば、オペレータの利き腕や箸の用い方に合わせることができるので、機構上の配置構成が定まった微小物体ハンドリングシステム200に対して違和感の低減や違和感をなくすことができる。   Further, in the present embodiment, an example in which an image captured by the CCD of the camera 5 is displayed on the monitor 7 via the PC 6 (see FIG. 12A) is shown, but the present invention is not limited to this, and FIG. 12 (B) to 12 (D), the image of the end effector 505a may be rotated or reversed and displayed. In such an embodiment, the operator may input a rotation or reversal command with the button of the controller 9 and the PLC of the controller box 8 may be configured to send the rotation or reversal command to the PC 6. In this way, it is possible to match the operator's dominant arm and chopstick usage, so that it is possible to reduce a sense of incongruity and a sense of incongruity with respect to the minute object handling system 200 in which the arrangement of the mechanism is determined.

更に、本実施形態では、駆動制御制限処理において、エンドエフェクタ505aの先端部が常に画面7aから外れることはないように制御範囲を制限する例を示したが、このような制限を解除する構成を備えていることが好ましい場合もある。このような構成では、例えば、図9のステップ704でコントローラ9の所定ボタンが押下されたかを判断し、肯定判断のときに制限を解除するようにしたり、図7のステップ600の前に、駆動制御の制限をするボタンが押下されたか否かを判断し、肯定判断のときにステップ600に進み、否定判断のときに駆動制御の制限をしない処理(例えば、図9のステップ718、722を除いた処理)を行うようにしてもよい。   Furthermore, in the present embodiment, in the drive control restriction process, an example in which the control range is restricted so that the tip of the end effector 505a does not always deviate from the screen 7a has been shown. In some cases, it is preferable. In such a configuration, for example, it is determined whether or not the predetermined button of the controller 9 is pressed in step 704 in FIG. 9, and the restriction is released when the determination is affirmative, or the driving is performed before step 600 in FIG. It is determined whether or not a button for limiting the control has been pressed, and the process proceeds to step 600 when the determination is affirmative, and the process that does not limit the drive control when the determination is negative (excluding steps 718 and 722 in FIG. 9). May be performed.

また、本実施形態では、2本の把持指を有するハンドリング部104を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、微小物体の形状に応じて、把持指の形状、本数やエンドエフェクタの形状を変更可能なことは云うまでもない。また、本実施形態では、可動指507を固定指505に近接させる例を示したが、双方の把持指を互いに近接させるようにしてもよい。   In the present embodiment, the handling unit 104 having two gripping fingers is shown. However, the present invention is not limited to this, and the shape, number and end of the gripping fingers are determined according to the shape of the minute object. Needless to say, the shape of the effector can be changed. In the present embodiment, the movable finger 507 is brought close to the fixed finger 505. However, both gripping fingers may be made close to each other.

更に、本実施形態では、相関テーブルをPLCのROMに予め記憶した例を示したが、相関テーブルに代えて、顕微鏡の倍率と、画面7aの画面中心Oから水平及び垂直方向画面端までの距離に相当するX方向及びY方向の初期位置からの実距離との関係等の数式を記憶しておくようにしてもよい。また、ステップ614〜620の処理は、初期位置設定サブルーチン内のいずれにあってもよい(本例の場合は、駆動制御制限処理サブルーチンの実行前に行えばよい。)。   Furthermore, in the present embodiment, an example is shown in which the correlation table is stored in advance in the ROM of the PLC, but instead of the correlation table, the magnification of the microscope and the distance from the screen center O of the screen 7a to the horizontal and vertical screen edges. Equations such as the relationship with the actual distance from the initial position in the X direction and the Y direction corresponding to may be stored. Further, the processing of steps 614 to 620 may be in any of the initial position setting subroutines (in this example, it may be performed before the drive control restriction processing subroutine is executed).

そして、本実施形態では、音声出力部をPC6、モニタ7に配置した例を示したが、コントロールボックス8に音声出力部を配置するようにしてもよい。   In the present embodiment, the example in which the audio output unit is arranged in the PC 6 and the monitor 7 is shown, but the audio output unit may be arranged in the control box 8.

本発明はマイクロマニピュレータへのX軸及びY軸方向の駆動指令を誤っても、中断することなく操作を続行可能な微小物体ハンドリングシステムを提供することを目的とするため、微小物体ハンドリングシステムの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。   An object of the present invention is to provide a minute object handling system that can continue operation without interruption even if the drive commands in the X-axis and Y-axis directions to the micromanipulator are incorrect. Since it contributes to sales, it has industrial applicability.

本発明が適用可能な実施形態の微小物体ハンドリングシステムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a minute object handling system according to an embodiment to which the present invention is applicable. 実施形態の微小物体ハンドリングシステムのマイクロマニピュレータの正面図である。It is a front view of the micromanipulator of the minute object handling system of an embodiment. マイクロマニピュレータの平面図である。It is a top view of a micromanipulator. θz駆動部を組み付ける前のマイクロマニピュレータのXY駆動部の平面図である。It is a top view of the XY drive part of the micromanipulator before attaching the θz drive part. マイクロマニピュレータの一部を分解して示した斜視図である。It is the perspective view which decomposed | disassembled and showed a part of micromanipulator. マイクロマニピュレータのハンドリング部の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the handling part of a micromanipulator. コントロールボックスのPLCのCPUが実行する微小物体処理ルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the minute object processing routine which CPU of PLC of a control box performs. 微小物体処理ルーチンの初期位置設定処理で呼び出される初期位置設定処理サブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the initial position setting process subroutine called by the initial position setting process of the minute object processing routine. 微小物体処理ルーチンの駆動制御制限処理で呼び出される駆動制御制限処理サブルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of a drive control restriction process subroutine called in the drive control restriction process of the minute object process routine. エンドエフェクタの先端部の駆動範囲を示す説明図であり、(A)はモニタの画面に十字線が表示された状態、(B)は画面中心にエンドエフェクタの先端部が位置付けられた状態、(C)は画面とパルス数との関係を示す。It is explanatory drawing which shows the drive range of the front-end | tip part of an end effector, (A) is the state where the crosshair was displayed on the screen of a monitor, (B) is the state where the front-end | tip part of the end effector is located in the screen center, C) shows the relationship between the screen and the number of pulses. エンドエフェクタの先端部の駆動範囲を示す他の実施形態の説明図であり、(A)はモニタの画面に中心領域が表示された状態、(B)は中心領域にエンドエフェクタの先端部が位置付けられた状態を示す。It is explanatory drawing of other embodiment which shows the drive range of the front-end | tip part of an end effector, (A) is the state in which the center area | region was displayed on the screen of a monitor, (B) has positioned the front-end | tip part of an end effector in the center area | region. The state that has been displayed. モニタの画面に微小物体とエンドエフェクタの先端部とが画像表示された状態を示す説明図であり、(A)は実施形態で微小物体とエンドエフェクタの先端部とが画像表示された状態、(B)は(A)を180°回転させた状態、(C)は(A)を上下方向で反転させた状態、(D)は(A)を左右及び上下方向で反転させた状態を示す。It is explanatory drawing which shows the state by which the micro object and the front-end | tip part of the end effector were image-displayed on the screen of a monitor, (A) is the state by which the micro-object and the front-end | tip part of the end effector were image-displayed in embodiment, (B) shows a state in which (A) is rotated by 180 °, (C) shows a state in which (A) is inverted in the vertical direction, and (D) shows a state in which (A) is inverted in the horizontal and vertical directions. 従来の微小物体ハンドリングシステムにおいてモニタの画面に微小物体とエンドエフェクタの先端部とが画像表示された状態を示す説明図であり、(A)はモニタが微小物体とエンドエフェクタの先端部とを捉えた状態、(B)は微小物体とエンドエフェクタの先端部とがモニタ外となった状態、(C)は顕微鏡の倍率を下げて微小物体とエンドエフェクタの先端部とを捉えた状態を示す。It is explanatory drawing which shows the state by which the micro object and the front-end | tip part of an end effector were displayed on the screen of the monitor in the conventional micro-object handling system, (A) captures the micro object and the front-end | tip part of an end effector. (B) shows a state in which the minute object and the tip of the end effector are outside the monitor, and (C) shows a state in which the magnification of the microscope is lowered and the minute object and the tip of the end effector are captured.

符号の説明Explanation of symbols

2 顕微鏡
6 パーソナルコンピュータ(表示部の一部、音声出力部の一部)
7 モニタ(ディスプレイ)
8 コントロールボックス(駆動制御部、表示駆動制御部)
9 コントローラ(入力部)
10 微小物体
11 スピーカ(音声出力部の一部)
100 マイクロマニピュレータ
202a ステッピングモータ(X軸駆動ステッピングモータ)
203a ステッピングモータ(Y軸駆動ステッピングモータ)
401 ステッピングモータ
505 固定指
505a エンドエフェクタ(先端部)
507 可動指
507a エンドエフェクタ(先端部)
2 Microscope 6 Personal computer (part of display, part of audio output)
7 Monitor (display)
8 Control box (drive control unit, display drive control unit)
9 Controller (input part)
10 Minute object 11 Speaker (part of audio output unit)
100 Micromanipulator 202a Stepping motor (X-axis driving stepping motor)
203a Stepping motor (Y-axis drive stepping motor)
401 Stepping motor 505 Fixed finger 505a End effector (tip portion)
507 Movable finger 507a End effector (tip)

Claims (9)

先端部で微小物体を操作する操作指を少なくともXYの二軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータと、
顕微鏡に装着された撮像素子で前記操作指の先端部を撮像しディスプレイに画像表示するための表示部と、
前記顕微鏡の倍率情報、前記マイクロマニピュレータに対する少なくともXY軸方向の駆動指令及び前記操作指の先端部が所定位置に位置したことを表す情報を入力するための入力部と、
前記入力部から入力された少なくともXY軸方向の駆動指令に基づいて、前記マイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行う駆動制御部と、
前記表示部と前記駆動制御部とを制御する表示駆動制御部と、
を備え、前記表示駆動制御部は、
前記ディスプレイに画面中心を表示させるように前記表示部を制御する表示制御手段と、
前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記画面中心に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部の位置を初期位置として設定する初期位置設定手段と、
前記入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と前記初期位置設定手段で設定された前記操作指の先端部の初期位置とに基づいて、前記操作指の先端部が前記ディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように前記駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲を制限する駆動範囲制限手段と、
を有することを特徴とする微小物体ハンドリングシステム。
A micromanipulator that can drive an operating finger that operates a minute object at the tip in at least two XY directions;
A display unit for imaging the tip of the operation finger with an image sensor mounted on a microscope and displaying the image on a display;
An input unit for inputting magnification information of the microscope, at least a drive command for the micromanipulator in the XY axis direction, and information indicating that the tip of the operation finger is positioned at a predetermined position;
A drive control unit that performs drive control on each axis of the micromanipulator based on at least a drive command in the XY-axis direction input from the input unit;
A display drive control unit for controlling the display unit and the drive control unit;
The display drive control unit includes:
Display control means for controlling the display unit to display the center of the screen on the display;
After the tip of the operation finger is displayed on the display so as to be positioned at the center of the screen by the drive control of the drive control unit, it represents that the tip of the operation finger is positioned at the center of the screen from the input unit. Initial position setting means for setting the position of the tip of the operation finger as an initial position when information is input;
Based on the magnification information of the microscope input from the input unit and the initial position of the tip of the operation finger set by the initial position setting unit, the tip of the operation finger exceeds the image display range of the display. Drive range limiting means for limiting the drive control range in the XY-axis direction of the drive control unit so as not to drive,
A micro object handling system characterized by comprising:
前記駆動範囲制限手段は、顕微鏡の倍率と前記ディスプレイに表示される画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離との相関関係を予め記憶しており、該相関関係と前記顕微鏡の倍率情報とから、前記画面中心から水平及び垂直方向画面端までに相当する前記操作指の先端部のX軸及びY軸方向の前記初期位置からの実距離を演算し、該演算された実距離を越える前記駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲を制限することを特徴とする請求項1に記載の微小物体ハンドリングシステム。   The driving range limiting means stores in advance a correlation between the magnification of the microscope and the actual distance from the screen center displayed on the display to the horizontal and vertical screen edges, and the correlation and the magnification of the microscope From the information, the actual distance from the initial position in the X-axis and Y-axis directions of the tip of the operation finger corresponding to the horizontal and vertical screen edges from the screen center is calculated, and the calculated actual distance is calculated. 2. The minute object handling system according to claim 1, wherein a drive control range in the X and Y axis directions of the drive control unit is limited. 前記マイクロマニピュレータは前記操作指を少なくともXYの二軸方向に駆動する各ステッピングモータを有しており、前記駆動制御部は前記各ステッピングモータに駆動パルスを送出することにより駆動制御を実行し、前記駆動範囲制限手段は前記操作指の先端部のX軸及びY軸方向の前記初期位置からの実距離からX軸及びY軸方向の駆動パルス数を演算し、該演算された駆動パルス数を越える前記X軸及びY軸駆動ステッピングモータへの駆動パルスの出力を制限することを特徴とする請求項2に記載の微小物体ハンドリングシステム。   The micromanipulator includes stepping motors that drive the operation fingers in at least two directions of XY, and the drive control unit executes drive control by sending drive pulses to the stepping motors, The driving range limiting means calculates the number of driving pulses in the X-axis and Y-axis directions from the actual distance from the initial position in the X-axis and Y-axis directions of the tip of the operating finger, and exceeds the calculated number of driving pulses. The minute object handling system according to claim 2, wherein output of drive pulses to the X-axis and Y-axis drive stepping motors is limited. 前記表示制御手段は、前記ディスプレイに前記画面中心を含む中心領域を表示させるように前記表示部を制御し、
前記初期位置設定手段は、前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記中心領域内に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が前記中心領域内に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部が前記画面中心にあるものとみなして該先端部の位置を初期位置として設定し、
前記駆動範囲制限手段は、顕微鏡の倍率、前記ディスプレイに表示される画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離、並びに、前記画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの実際の距離の相関関係を予め記憶しており、前記画面中心から水平及び垂直方向画面端までの距離をそれぞれX1,Y1、前記画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの距離をそれぞれx,yとしたときに、前記相関関係と前記顕微鏡の倍率情報とから、前記画面中心から(距離X1−距離x)までの距離に相当する前記操作指の先端部のX軸方向の実距離、及び、前記画面中心から(距離Y1−距離y)までの距離に相当する前記操作指の先端部のY軸方向の実距離を演算し、該演算された実距離を越える前記駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲を制限する、
ことを特徴とする請求項1に記載の微小物体ハンドリングシステム。
The display control means controls the display unit to display a center region including the screen center on the display,
The initial position setting means displays the tip of the operation finger on the display so that the tip of the operation finger is positioned in the central region by the drive control of the drive control unit, and then the tip of the operation finger from the input unit. When information indicating that it is located in the center area is input, the tip of the operating finger is regarded as being at the center of the screen, and the position of the tip is set as an initial position.
The drive range limiting means includes a magnification of the microscope, an actual distance from the screen center displayed on the display to the horizontal and vertical screen edges, and an actual distance from the screen center to the horizontal and vertical central region edges. Distance correlations are stored in advance, the distances from the screen center to the horizontal and vertical screen edges are X1 and Y1, respectively, and the distances from the screen center to the horizontal and vertical center areas are respectively x and y. , From the correlation and the magnification information of the microscope, the actual distance in the X-axis direction of the tip of the operating finger corresponding to the distance from the center of the screen to (distance X1-distance x), and The actual distance in the Y-axis direction of the tip of the operating finger corresponding to the distance from the center of the screen to (distance Y1-distance y) is calculated, and the XY-axis direction of the drive control unit exceeds the calculated actual distance. Limiting the driving control range,
The minute object handling system according to claim 1.
前記マイクロマニピュレータは前記操作指を少なくともXYの二軸方向に駆動する各ステッピングモータを有しており、前記駆動制御部は前記各ステッピングモータに駆動パルスを送出することにより駆動制御を実行し、前記駆動範囲制限手段は前記操作指の先端部のX軸及びY軸方向の実距離からX軸及びY軸方向の駆動パルス数を演算して、該演算された駆動パルス数を越える前記X軸及びY軸駆動ステッピングモータへの駆動パルスの出力を制限することを特徴とする請求項4に記載の微小物体ハンドリングシステム。   The micromanipulator includes stepping motors that drive the operation fingers in at least two directions of XY, and the drive control unit executes drive control by sending drive pulses to the stepping motors, The drive range limiting means calculates the number of drive pulses in the X-axis and Y-axis directions from the actual distances in the X-axis and Y-axis directions of the tip of the operating finger, and the X-axis and The minute object handling system according to claim 4, wherein output of drive pulses to the Y-axis drive stepping motor is limited. 前記表示駆動制御部は、前記駆動範囲制限手段による前記駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲の制限を解除する駆動範囲制限解除手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の微小物体ハンドリングシステム。   6. The display drive control unit further includes drive range restriction release means for releasing the restriction of the drive control range in the XY axis direction of the drive control unit by the drive range restriction means. The micro object handling system according to any one of the above. 前記操作指は固定指と可動指とを有する把持指であり、前記表示部は、前記入力部からの入力情報に応じて、前記撮像素子で撮像した操作指の先端部の画像を回転乃至反転して前記ディスプレイに画像表示する回転/反転表示手段を有することを特徴とする請求項1に記載の微小物体ハンドリングシステム。   The operation finger is a gripping finger having a fixed finger and a movable finger, and the display unit rotates or inverts the image of the tip of the operation finger imaged by the imaging device in accordance with input information from the input unit. The minute object handling system according to claim 1, further comprising a rotation / inversion display means for displaying an image on the display. 先端部で微小物体を操作する操作指をXYZの三軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータと、
顕微鏡に装着された撮像素子で前記操作指の先端部を撮像しディスプレイに画像表示するための表示部と、
前記顕微鏡の倍率情報、前記マイクロマニピュレータに対するXYZ軸方向の駆動指令及び前記操作指の先端部が所定位置に位置したことを表す情報を入力するための入力部と、
前記入力部から入力されたXYZ軸方向の駆動指令に基づいて、前記マイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行う駆動制御部と、
前記表示部と前記駆動制御部とを制御する表示駆動制御部と、
を備え、前記表示駆動制御部は、
前記ディスプレイに画面中心を表示させるように前記表示部を制御する表示制御手段と、
前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記画面中心に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部の位置を初期位置として設定する初期位置設定手段と、
前記入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と前記初期位置設定手段で設定された前記操作指の先端部の初期位置とに基づいて、前記操作指の先端部が前記ディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように前記駆動制御部のXY軸方向の駆動制御範囲を制限する駆動範囲制限手段と、
を有することを特徴とする微小物体ハンドリングシステム。
A micromanipulator that can drive an operation finger that operates a minute object at the tip in three axial directions of XYZ;
A display unit for imaging the tip of the operation finger with an image sensor mounted on a microscope and displaying the image on a display;
An input unit for inputting the magnification information of the microscope, the drive command in the XYZ axial directions for the micromanipulator, and information indicating that the tip of the operation finger is located at a predetermined position;
A drive control unit that performs drive control on each axis of the micromanipulator based on a drive command in the XYZ axis direction input from the input unit;
A display drive control unit for controlling the display unit and the drive control unit;
The display drive control unit includes:
Display control means for controlling the display unit to display the center of the screen on the display;
After the tip of the operation finger is displayed on the display so as to be positioned at the center of the screen by the drive control of the drive control unit, it represents that the tip of the operation finger is positioned at the center of the screen from the input unit. Initial position setting means for setting the position of the tip of the operation finger as an initial position when information is input;
Based on the magnification information of the microscope input from the input unit and the initial position of the tip of the operation finger set by the initial position setting unit, the tip of the operation finger exceeds the image display range of the display. Drive range limiting means for limiting the drive control range in the XY-axis direction of the drive control unit so as not to drive,
A micro object handling system characterized by comprising:
音声を出力する音声出力部を更に備え、前記駆動制御部は、前記マイクロマニピュレータのZ軸に対する駆動制御を実行するときに、前記操作指の昇降に応じて異なる周波数の音声を出力するように前記音声出力部を制御することを特徴とする請求項8に記載の微小物体ハンドリングシステム。   An audio output unit that outputs audio; and when the drive control unit executes drive control on the Z-axis of the micromanipulator, the drive control unit outputs audio of different frequencies according to the raising and lowering of the operation finger. 9. The minute object handling system according to claim 8, wherein the sound output unit is controlled.
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