JP2009078345A - Manipulator, manipulator system, and image display device for manipulator, and manipulation system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulator and a manipulator system surely and accurately repeating movements for such an operation that the injection operation using a capillary action is carried out to a microscopic object such as a cell. <P>SOLUTION: In the manipulator having a nano-positioner structure and performing an injection to the microscopic object by fine movements of the capillary action, the manipulator comprises a control section 43 for controlling the capillary actions, and operation sections 47, 49 being operated by an operator for instructing the capillary actions to the control section. The control section has button operation sections 47a, 47b for executing at least a part of the instruction by pushing. At least a part of the injection operation caused by the capillary action is carried out by pushing the button operation section. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、細胞等の微小な対象物を操作するマニピュレータ、マニピュレータシステム、マニピュレータ用画像表示装置及びマニピュレーションシステムに関する。   The present invention relates to a manipulator, a manipulator system, an image display device for a manipulator, and a manipulation system that operate a minute object such as a cell.

バイオテクノロジ分野において顕微鏡観察下で卵細胞に核や精子を注入するなどのように細胞等の微小な対象物に操作を行うマニピュレータが知られている(例えば、下記特許文献1参照)。特許文献1に開示のマイクロマニピュレータ1000は、図7に示すように、ホルダブロック1300と、移動テーブル1400と、圧電素子1500と、移動ステージ1600と、ステッピングモータ1700と、を有する。ピペット1100がピペットホルダ1200に装着され、ピペット1100の先端に卵子等の細胞に核や精子を注入するガラス製のインジェクションキャピラリ1110が接続されている。   In the biotechnology field, a manipulator is known that operates on a minute object such as a cell such as injecting a nucleus or sperm into an egg cell under a microscope (see, for example, Patent Document 1 below). As shown in FIG. 7, the micromanipulator 1000 disclosed in Patent Document 1 includes a holder block 1300, a moving table 1400, a piezoelectric element 1500, a moving stage 1600, and a stepping motor 1700. A pipette 1100 is attached to a pipette holder 1200, and a glass injection capillary 1110 for injecting nuclei and sperm into cells such as eggs is connected to the tip of the pipette 1100.

ホルダブロック1300は移動テーブル1400に取り付けられ、移動テーブル1400は、移動ステージ1600に設けられたガイドレール1900に沿って直線移動可能である。移動ステージ1600にはステッピングモータ1700が取り付けられ、ステッピングモータ1700の駆動力が図示しないネジ機構等を介して移動テーブル1400へ伝達される。これにより、移動テーブル1400は、ガイドレール1900に沿って直線移動されてホルダブロック1300を移動させ、ホルダブロック1300及びピペットホルダ1200を介して、ピペット1100,キャピラリ1110を所望位置まで直線移動させる。圧電素子1500は、電圧の印加でひずみを生じるピエゾ素子からなり、ホルダブロック1300に直接取り付けられている。圧電素子1500にパルス電圧を加えることでホルダブロック1300が振動することにより、ピペットホルダ1200、ピペット1100を介してインジェクションキャピラリ1110が微小振動する。   The holder block 1300 is attached to a moving table 1400, and the moving table 1400 is linearly movable along a guide rail 1900 provided on the moving stage 1600. A stepping motor 1700 is attached to the moving stage 1600, and the driving force of the stepping motor 1700 is transmitted to the moving table 1400 via a screw mechanism or the like (not shown). Accordingly, the moving table 1400 is linearly moved along the guide rail 1900 to move the holder block 1300, and the pipette 1100 and capillary 1110 are linearly moved to the desired positions via the holder block 1300 and the pipette holder 1200. The piezoelectric element 1500 is a piezo element that generates distortion upon application of voltage, and is directly attached to the holder block 1300. By applying a pulse voltage to the piezoelectric element 1500, the holder block 1300 vibrates, and the injection capillary 1110 vibrates minutely via the pipette holder 1200 and the pipette 1100.

マイクロマニピュレータ1000によるインジェクションキャピラリ1110の動作について図8を参照して説明する。インジェクションキャピラリ1110を移動テーブル1400により方向AAに移動させ、圧電素子1500によりインジェクションキャピラリ1110を微小振動させる。これにより、図8のように、細胞3000の細胞質3100を覆う細胞膜3200及び細胞膜3200の周囲で細胞3000を保護する透明帯3300に穿孔3400が形成される。次に、インジェクションキャピラリ1110を穿孔3400を通過させて移動テーブル1400により細胞3000内に進入させ、インジェクションキャピラリ1110から細胞3000内へ核または精子を注入する。注入後、移動テーブル1400を方向AAと反対の方向A’に移動させることで、インジェクションキャピラリ1110を細胞3000から抜く。なお、上記動作の際に、ホールディングキャピラリ2100により細胞3000が保持される。   The operation of the injection capillary 1110 by the micromanipulator 1000 will be described with reference to FIG. The injection capillary 1110 is moved in the direction AA by the moving table 1400, and the injection capillary 1110 is minutely vibrated by the piezoelectric element 1500. As a result, as shown in FIG. 8, perforations 3400 are formed in the cell membrane 3200 that covers the cytoplasm 3100 of the cell 3000 and the transparent band 3300 that protects the cell 3000 around the cell membrane 3200. Next, the injection capillary 1110 passes through the perforation 3400 and enters the cell 3000 by the moving table 1400, and the nucleus or sperm is injected from the injection capillary 1110 into the cell 3000. After injection, the injection capillary 1110 is removed from the cell 3000 by moving the moving table 1400 in the direction A ′ opposite to the direction AA. Note that the cell 3000 is held by the holding capillary 2100 during the above operation.

上述のインジェクションキャピラリ1110による穿孔動作は圧電素子1500を駆動することで行い、インジェクションキャピラリ1110を細胞3000から抜く動作はマニピュレータ1000を駆動して行う。   The above-described piercing operation by the injection capillary 1110 is performed by driving the piezoelectric element 1500, and the operation for removing the injection capillary 1110 from the cell 3000 is performed by driving the manipulator 1000.

また、上述のような細胞等の微小な対象物に微細な操作を行うマニピュレータを使用する際には、顕微鏡画像を集録し、パソコン(PC)等のディスプレイ上に表示し、ディスプレイ上の顕微鏡画像を観察しながら操作を行っている。または、作業者が顕微鏡の接眼レンズから対象試料を観察しながら操作を行っている。   In addition, when using a manipulator that performs a fine operation on a minute object such as a cell as described above, a microscope image is acquired and displayed on a display such as a personal computer (PC), and the microscope image on the display is displayed. The operation is performed while observing. Alternatively, an operator performs an operation while observing a target sample from an eyepiece of a microscope.

また、特許文献2は、顕微鏡下で硝子電極等のマイクロツールを操作者がダイヤルで油圧等の液圧により微動的に遠隔操作できるようにした液圧遠隔操作型マイクロマニピュレータ装置を開示する。また、特許文献3は、細胞操作用途のマニピュレータションシステムであって、作業者が顕微鏡接眼レンズを見ながらジョイスティックを操作するものを開示する。
特開2004−325836号公報 特許3341151号公報 国際公開公報WO2004/015055A1
Patent Document 2 discloses a hydraulic remote control type micromanipulator device in which an operator can finely remotely control a microtool such as a glass electrode under a microscope by hydraulic pressure such as hydraulic pressure with a dial. Patent Document 3 discloses a manipulation system for cell manipulation, in which an operator operates a joystick while looking at a microscope eyepiece.
JP 2004-325836 A Japanese Patent No. 3341151 International Publication No. WO2004 / 015055A1

上述のように、インジェクションキャピラリを卵子等の細胞から抜く動作は、人的操作であり、す早くインジェクション方法とは逆方向へ行う必要があるが、このような速い動作は操作者の技量に依存するため、インジェクションキャピラリを細胞から抜く動作に人為的な誤差が生じ易い問題があった。また、インジェクションキャピラリによる穿孔・インジェクションの各動作にも同様の問題があった。   As described above, the operation of removing the injection capillary from the cell such as an ovum is a human operation, and it is necessary to quickly perform in the opposite direction to the injection method, but such a fast operation depends on the skill of the operator. For this reason, there is a problem that an artificial error is likely to occur in the operation of removing the injection capillary from the cell. In addition, there are similar problems in the drilling and injection operations using the injection capillary.

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、細胞等の微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のための動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能なマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供することを第1の目的とする。   In view of the above-described problems of the prior art, the present invention can reliably and accurately repeat the operation for such an operation when performing an injection operation with a capillary on a minute object such as a cell. It is a first object to provide a manipulator and a manipulator system.

また、上述のPCディスプレイ上に表示される顕微鏡画像の表示倍率や顕微鏡倍率を変更するとき、ディスプレイ上の表示設定を変更するか、または、顕微鏡の対物レンズの倍率を変えなければならない。このため、倍率変更の必要が生じる度に、倍率変更のための操作が必要となり、マニピュレータによる迅速な操作処理の支障となってしまう。   Further, when changing the display magnification or microscope magnification of the microscope image displayed on the PC display described above, the display setting on the display must be changed or the magnification of the objective lens of the microscope must be changed. For this reason, every time it is necessary to change the magnification, an operation for changing the magnification is required, which hinders quick operation processing by the manipulator.

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能なマニピュレータシステム及びマニピュレータ用画像表示装置を提供することを第2の目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a manipulator system and a manipulator image display device that can perform rapid operation processing by a manipulator without the need to change the display magnification of a microscope image. The purpose of 2.

また、特許文献2のように、液圧や空圧により駆動されるアクチュエータを有するマニピュレータを操作する場合、マニピュレータと操作するインターフェイスとがホースで接続されて圧力を伝達するが、圧力を伝達するホースが長くなると動作に不具合が生じる可能性があるため遠隔操作が困難であった。また、距離的に遠く離れた場合は遠隔操作は不可能となる。また、クリーンベンチ内にマニピュレータを設置する必要がある場合、マニピュレータを遠隔操作できないため、操作者の上肢をクリーンベンチ内に入れて操作しなければならず、操作者に対する負担が大きい。また、従来の多くのマニピュレータは、顕微鏡設置場所にジョイスティック等を設置し、接眼レンズを操作者がのぞきながら操作するが、このような操作では、ジョイスティックの操作を目視しないまま行うので、使用するには熟練した技術が必要となり、また、ジョイステック操作時の顕微鏡へ伝わる振動も操作する上で問題となる。   Moreover, when operating the manipulator which has an actuator driven by hydraulic pressure or pneumatic pressure like patent document 2, the manipulator and the interface to operate are connected with a hose, and pressure is transmitted, but the hose which transmits pressure If the length of the switch becomes longer, it may be difficult to operate remotely because there is a possibility of malfunction. In addition, remote control is impossible when the distance is long. Further, when it is necessary to install a manipulator in the clean bench, the manipulator cannot be remotely operated. Therefore, the operator's upper limb must be put in the clean bench and operated, which places a heavy burden on the operator. In addition, many conventional manipulators have a joystick or the like installed at the microscope installation location, and the operator operates the eyepiece while looking through the eyepiece. In such an operation, the joystick is operated without visual observation. Requires skill, and also causes problems in operating vibrations transmitted to the microscope during joystick operation.

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、電動操作可能なマニピュレータシステムを使用して遠隔操作が可能なマニピュレーションシステムを提供することを第3の目的とする。また、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作可能なマニピュレータシステムを提供することを第4の目的とする。   A third object of the present invention is to provide a manipulation system that can be remotely operated using a manipulator system that can be electrically operated in view of the above-described problems of the prior art. It is a fourth object of the present invention to provide a manipulator system that can be freely operated in an attitude and position that can be easily operated by an operator.

上記第1の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、前記キャピラリの動作を制御する制御部と、前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われることを特徴とする。   In order to achieve the first object, the manipulator according to the present embodiment has a nanopositioner structure, and is a manipulator capable of injecting a minute object by performing a fine movement operation of the capillary. A control unit that controls the operation; and an operation unit that is operated by an operator to instruct the control unit to operate the capillary, wherein the operation unit is pressed at least partly of the instruction. And the button operation unit is executed, and at least a part of the injection operation by the capillary is performed by pressing the button operation unit.

このマニピュレータによれば、キャピラリの動作を指示する操作部にボタン操作部を設け、キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作がボタン操作部を押すことで行われるので、細胞や卵子等の微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。   According to this manipulator, a button operation unit is provided in the operation unit for instructing the operation of the capillary, and at least a part of the injection operation by the capillary is performed by pressing the button operation unit. The operation for injecting an object can be performed repeatedly with high accuracy, with the occurrence of artificial errors being suppressed.

上記マニピュレータにおいて、前記キャピラリによるインジェクション操作には、前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が含まれる。例えば、ボタン操作部を押すことで微小対象物からキャピラリを抜く動作が行われるようにすることで、キャピラリを抜く動作において人為的な誤差が抑えられて確実に精度よく繰り返して行うことができる。   In the manipulator, the injection operation using the capillary includes a drilling operation for the micro object, an injection operation into the micro object, and an operation for removing the capillary from the micro object. For example, by pushing the button operation unit, the operation of removing the capillary from the minute object is performed, so that an artificial error can be suppressed in the operation of removing the capillary, and the operation can be reliably and repeatedly performed.

また、前記ボタン操作部を少なくとも2つ備え、前記微小対象物に対する穿孔動作及び前記微小対象物内へのインジェクション動作と、前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作と、が異なる前記ボタン操作部を別々に押すことで行われるように構成することが好ましい。なお、少なくとも2つボタン操作部は並んで配置することで操作性が向上する。   The button operation unit includes at least two button operation units, and the button operation unit is different from a drilling operation for the minute object and an injection operation into the minute object, and an operation for removing the capillary from the minute object. It is preferable to be configured to be performed by pressing separately. Note that the operability is improved by arranging at least two button operation units side by side.

上記第1の目的を達成するために、別の実施形態によるマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、前記キャピラリの動作を制御する制御部と、前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによる前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が自動的に連続して行われることを特徴とする。   In order to achieve the first object, a manipulator according to another embodiment is a manipulator having a structure of a nanopositioner and capable of injecting a minute object by performing fine movement operation of the capillary, wherein the capillary And a control unit that is operated by an operator to instruct the control unit to operate the capillary, and the operation unit is pushed at least a part of the instruction. A button operation unit to be executed, and when the button operation unit is pressed, the capillary performs a punching operation on the micro object, an injection operation into the micro object, and the capillary is removed from the micro object. The operation is performed automatically and continuously.

このマニピュレータによれば、キャピラリの動作を指示する操作部にボタン操作部を設け、キャピラリによるインジェクション操作の一連の動作がボタン操作部を押すことで自動的に連続して行われるので、細胞や卵子等の微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。   According to this manipulator, a button operation unit is provided in the operation unit for instructing the operation of the capillary, and a series of injection operations by the capillary is automatically performed continuously by pressing the button operation unit. The operation for the injection of the minute object such as the above can be performed reliably and accurately with the occurrence of artificial errors being suppressed.

上記各マニピュレータにおいて、前記ボタン操作部は前記操作部の近傍に配置されていることが好ましい。操作部を操作しながらボタン操作部を簡単に押すことができ、操作性が向上する。   In each of the manipulators, it is preferable that the button operation unit is disposed in the vicinity of the operation unit. The button operation unit can be easily pushed while operating the operation unit, and the operability is improved.

また、前記キャピラリを粗動駆動する粗動部と、前記キャピラリを微動駆動する微動部と、を備え、前記操作部の操作に基づいて前記制御部が前記キャピラリの粗動と微動を切り換えるように構成できる。   In addition, a coarse movement unit that coarsely drives the capillary, and a fine movement unit that finely drives the capillary, and the control unit switches between the coarse movement and the fine movement of the capillary based on the operation of the operation unit. Can be configured.

なお、上述の操作部はポインティングデバイスから構成することができ、このポインティングデバイスの操作によりキャピラリの動作を指示することができる。   The operation unit described above can be configured by a pointing device, and the operation of the capillary can be instructed by operating the pointing device.

さらに別の実施形態によるマニピュレータシステムは、上述のマニピュレータと、前記微小対象物を保持するキャピラリの動作を行う別のマニピュレータと、を備える。   A manipulator system according to another embodiment includes the above-described manipulator and another manipulator that operates a capillary that holds the micro object.

このマニピュレータシステムによれば、卵子や細胞等の微小対象物を別のキャピラリで保持しながらインジェクション操作を確実に行うことができ、このときのインジェクション操作による動作がボタン操作部を押すことで行われるので、微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。   According to this manipulator system, it is possible to reliably perform an injection operation while holding a micro object such as an egg or a cell with another capillary, and the operation by the injection operation at this time is performed by pressing a button operation unit. Therefore, the operation for the injection of the minute object can be reliably and accurately repeated with the occurrence of an artificial error being suppressed.

なお、上記マニピュレータシステムは、さらに、前記各キャピラリの先端と前記微小対象物とを観察可能な顕微鏡と、前記顕微鏡からの画像信号に基づいて顕微鏡画像を表示するCRTや液晶パネル等からなる表示部(ディスプレイ)と、を備え、前記表示部に上述のボタン操作部を表示させて、前記表示部の画面上でマウス等のポインティングデバイスを操作してボタン操作部を押すように構成することができる。   The manipulator system further includes a microscope that can observe the tip of each capillary and the minute object, and a display unit that includes a CRT, a liquid crystal panel, or the like that displays a microscope image based on an image signal from the microscope. (Display), and the above-described button operation unit is displayed on the display unit, and a pointing device such as a mouse is operated on the screen of the display unit to press the button operation unit. .

上記第2の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータシステムは、微小な対象物を操作するマニピュレータと、前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、前記撮像部で得た前記対象物の顕微鏡画像を表示する表示部を有する画像表示装置と、を備え、前記表示部の画面を分割し、各分割された画面に前記対象物の顕微鏡画像を表示することを特徴とする。   In order to achieve the second object, the manipulator system according to the present embodiment includes a manipulator for manipulating a minute object, a microscope for observing an enlarged image of the minute object to be manipulated, and magnification using the microscope. An image display unit including an image pickup unit that picks up an image and a display unit that displays a microscopic image of the object obtained by the image pickup unit, and divides the screen of the display unit into each divided screen. A microscope image of the object is displayed.

このマニピュレータシステムによれば、分割された画面に微小な対象物の顕微鏡画像を表示するので、少なくとも2画面に同一対象物の顕微鏡画像を表示でき、例えば、表示倍率を変えて表示することが可能となる。このため、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。   According to this manipulator system, a microscopic image of a minute target object is displayed on a divided screen, so that a microscopic image of the same target object can be displayed on at least two screens, for example, the display magnification can be changed and displayed. It becomes. For this reason, there is no need to change the display magnification of the microscope image, and quick operation processing by the manipulator becomes possible.

上記マニピュレータシステムにおいて前記表示部に分割して表示される各顕微鏡画像は表示倍率が異なるようにできる。これにより、低倍率による顕微鏡画像で顕微鏡下の細胞等の微小な対象物の状態を把握しながら高倍率による顕微鏡画像で細胞等に対する微細な操作を行うことができる。   In the above-described manipulator system, each microscope image divided and displayed on the display unit can have different display magnifications. Thereby, it is possible to perform fine operations on the cells and the like with the microscope image at the high magnification while grasping the state of the minute object such as the cells under the microscope with the microscope image at the low magnification.

また、前記各顕微鏡画像は同一の前記撮像部で撮像したものであり、1つの撮像部で各顕微鏡画像を集録する。   Each microscope image is taken by the same imaging unit, and each microscope image is acquired by one imaging unit.

また、前記表示倍率の異なる各顕微鏡画像は前記画像表示装置における画像処理により得ることができる。   Further, each microscope image having a different display magnification can be obtained by image processing in the image display device.

また、マニピュレータ用画像表示装置は、上述のマニピュレータシステムに使用されるものである。これにより、分割された画面に微小な対象物の顕微鏡画像を表示するので、少なくとも2画面に同一対象物の顕微鏡画像を表示でき、例えば、表示倍率を変えて表示することが可能となる。このため、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。   Moreover, the image display apparatus for manipulators is used for the above-mentioned manipulator system. Thereby, since the microscopic image of the minute target object is displayed on the divided screens, the microscopic image of the same target object can be displayed on at least two screens. For example, the display magnification can be changed and displayed. For this reason, there is no need to change the display magnification of the microscope image, and quick operation processing by the manipulator becomes possible.

上記第3の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレーションシステムは、電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータを備えるマニピュレータシステムと、前記マニピュレータシステムから離れて設置された情報端末装置と、がネットワークを介して接続可能であり、前記情報端末装置からの情報入力に基づいて前記マニピュレータシステムが遠隔操作されることを特徴とする。   In order to achieve the third object, the manipulation system according to the present embodiment includes a manipulator system including a pair of manipulators capable of operating a minute object by performing a fine movement operation by an electrically drivable actuator, and the manipulator An information terminal device installed remotely from the system is connectable via a network, and the manipulator system is remotely operated based on information input from the information terminal device.

このマニピュレーションシステムによれば、ネットワークを介して接続した情報端末装置からの情報入力に基づいてアクチュエータを電動駆動することでマニピュレータにより微小対象物に対する操作を行うことが可能となるので、情報端末装置により離れた位置でマニピュレータを遠隔操作することができる。   According to this manipulation system, since the actuator can be electrically driven based on information input from the information terminal device connected via the network, the manipulator can operate the minute object. The manipulator can be remotely operated at a remote position.

上記マニピュレーションシステムにおいて前記マニピュレータシステムは、前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、を備え、前記情報端末装置は、前記情報入力のための情報入力手段と、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記マニピュレータシステムからネットワークを介して得た顕微鏡画像を前記表示部に表示するとともに前記情報入力手段からの情報入力に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを遠隔操作することができる。なお、一対のマニピュレータの他方に微小対象物を陰圧で保持するキャピラリが取り付けられる場合には、陰圧が電動で調整可能に構成され、そのキャピラリの陰圧を遠隔操作で調整可能である。   In the above manipulation system, the manipulator system captures the micro object to obtain a microscope image, and has a microscope having an electric focusing actuator, a sample stage capable of moving the micro object by the electric actuator, and one of the manipulators. And an injector that is electrically and pressure-adjustable so that the micro object can be injected, and the information terminal device can display the information input means for inputting the information and the microscope image. Display means for displaying a microscope image obtained from the manipulator system via a network on the display unit, and remotely operating each actuator and the injector based on information input from the information input means. it can. When a capillary for holding a minute object with negative pressure is attached to the other of the pair of manipulators, the negative pressure is configured to be adjustable electrically, and the negative pressure of the capillary can be adjusted remotely.

上記第4の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータシステムは、電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータと、前記マニピュレータを制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記マニピュレータを操作する操作手段と、を備え、 前記操作手段が前記マニピュレータをワイヤレスで操作するように構成されていることを特徴とする。   In order to achieve the fourth object, the manipulator system according to the present embodiment includes a pair of manipulators capable of operating a minute object by performing a fine movement operation by an electrically driven actuator, and a control for controlling the manipulator Means and an operation means for operating the manipulator via the control means, wherein the operation means is configured to operate the manipulator wirelessly.

このマニピュレータシステムによれば、マニピュレータを操作手段によりワイヤレスで操作できるので、机上及び空中の双方の任意の位置で操作が可能であり、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作することができる。   According to this manipulator system, since the manipulator can be operated wirelessly by the operating means, it can be operated at any position both on the desk and in the air, and can be freely operated in an attitude and position that is easy for the operator to operate. it can.

上記マニピュレータシステムにおいて前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記操作手段のワイヤレス操作に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを操作することができる。これにより、表示手段上に表示された顕微鏡画像を見ながら、操作者が操作し易い姿勢でマニピュレータを操作することができ、操作者への負担を軽減できる。また、顕微鏡の近くで操作する必要がないため、操作者が操作する際に顕微鏡へ伝わる振動を軽減でき、振動に起因する顕微鏡への悪影響を抑えることができる。   In the manipulator system, the micro object is imaged to obtain a microscopic image, and a microscope having an electric focusing actuator, a sample stage in which the micro object can be moved by the electric actuator, and the micromanipulator attached to one of the manipulators. An injector capable of adjusting pressure electrically and so as to enable injection to an object; and a display unit capable of displaying the microscope image, and operating each actuator and the injector based on a wireless operation of the operation unit. be able to. As a result, the manipulator can be operated in a posture that is easy for the operator to operate while viewing the microscope image displayed on the display means, and the burden on the operator can be reduced. In addition, since there is no need to operate near the microscope, vibration transmitted to the microscope when the operator operates can be reduced, and adverse effects on the microscope due to vibration can be suppressed.

本発明のマニピュレータ及びマニピュレータシステムによれば、細胞等の微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のためのキャピラリの動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能となる。   According to the manipulator and manipulator system of the present invention, when performing an injection operation with a capillary on a minute object such as a cell, the operation of the capillary for such operation can be reliably and accurately repeated.

本発明のマニピュレータシステム及びマニピュレータ用画像表示装置によれば、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。   According to the manipulator system and the image display device for a manipulator of the present invention, there is no need to change the display magnification of the microscope image, and quick operation processing by the manipulator becomes possible.

本発明のマニピュレーションシステムによれば、電動操作可能なマニピュレータシステムを使用して遠隔操作が可能となる。また、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作可能なマニピュレータシステムを提供できる。   According to the manipulation system of the present invention, remote operation is possible using a manipulator system that can be electrically operated. In addition, it is possible to provide a manipulator system that can be freely operated in an attitude and position that can be easily operated by the operator.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

〈第1の実施形態〉
図1は第1の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a manipulator system according to a first embodiment.

図1において、マニピュレータシステム10は、顕微鏡観察下で細胞等の微小対象物に人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット12と、ホールディング用マニピュレータ14と、インジェクション用マニピュレータ16とを備え、顕微鏡ユニット12の左右にマニピュレータ14,16が配置されている。   In FIG. 1, a manipulator system 10 includes a microscope unit 12, a holding manipulator 14, and an injection manipulator 16 as a system for performing an artificial operation on a minute object such as a cell under microscope observation. Manipulators 14 and 16 are arranged on the left and right of the unit 12.

顕微鏡ユニット12は、カメラ18、顕微鏡20、ベース22を備え、ベース22の上方に顕微鏡20が配置され、顕微鏡20にはカメラ18が連結されている。ベース22上には細胞等の微小対象物が載置可能であり、ベース22上の細胞(図示せず)に顕微鏡20から光が照射される。ベース22上の細胞で反射した光が顕微鏡20に入射すると、細胞に関する光学像は、顕微鏡20で拡大された後、カメラ18で撮像され、カメラ18の撮像による画像を表示部45に表示し、細胞を観察できる。   The microscope unit 12 includes a camera 18, a microscope 20, and a base 22, the microscope 20 is disposed above the base 22, and the camera 18 is connected to the microscope 20. A micro object such as a cell can be placed on the base 22, and light (irradiated from the microscope 20) is irradiated on a cell (not shown) on the base 22. When the light reflected by the cells on the base 22 enters the microscope 20, an optical image related to the cells is magnified by the microscope 20 and then captured by the camera 18, and an image captured by the camera 18 is displayed on the display unit 45. Cells can be observed.

ホールディング用マニピュレータ14は、直交3軸構成のマニピュレータとして、ホールディングピペット24、XY軸テーブル26、Z軸テーブル28、XY軸テーブル26を駆動する駆動装置30、Z軸テーブル28を駆動する駆動装置32を備えている。ホールディングピペット24は、Z軸テーブル28に連結され、Z軸テーブル28はXY軸テーブル26上に上下動自在に配置されている。XY軸テーブル26は、駆動装置30の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル28は、駆動装置32の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。   The holding manipulator 14 includes a holding pipette 24, an XY-axis table 26, a Z-axis table 28, a driving device 30 for driving the XY-axis table 26, and a driving device 32 for driving the Z-axis table 28 as orthogonal three-axis manipulators. I have. The holding pipette 24 is connected to a Z-axis table 28, and the Z-axis table 28 is arranged on the XY axis table 26 so as to be movable up and down. The XY axis table 26 is configured to move along the X axis or the Y axis by driving of the driving device 30, and the Z axis table 28 is moved along the Z axis (in the vertical axis direction) by driving of the driving device 32. Configured to move along).

Z軸テーブル28に連結されたホールディングピペット24は、その先端にホールディングキャピラリ25が装着されており、XY軸テーブル26とZ軸テーブル28の移動に従って三次元空間を移動領域として移動し、ホールディングキャピラリ25によりベース22上の細胞等を保持するように構成されている。   A holding capillary 25 is attached to the tip of the holding pipette 24 connected to the Z-axis table 28, and moves in the three-dimensional space as a moving area according to the movement of the XY-axis table 26 and the Z-axis table 28. Thus, the cell or the like on the base 22 is held.

インジェクション用マニピュレータ16は、直交3軸構成のマニピュレータとして、インジェクションピペット34、XY軸テーブル36、Z軸テーブル38、XY軸テーブル36を駆動する駆動装置40、Z軸テーブル38を駆動する駆動装置42を備え、インジェクションピペット34は、Z軸テーブル38に連結され、Z軸テーブル38はXY軸テーブル36上に上下動自在に配置され、駆動装置40、42はコントローラ43に接続されている。   The injection manipulator 16 includes an injection pipette 34, an XY-axis table 36, a Z-axis table 38, a driving device 40 for driving the XY-axis table 36, and a driving device 42 for driving the Z-axis table 38 as orthogonal three-axis manipulators. The injection pipette 34 is connected to a Z-axis table 38, the Z-axis table 38 is disposed on the XY-axis table 36 so as to be movable up and down, and the driving devices 40 and 42 are connected to a controller 43.

なお、図1では、マニピュレータ14,16は下方からX軸Y軸Z軸の順で駆動する構成であるが、この構成順序(配置方法)に限定されるものではなく、他の順序で構成してもよく、例えば、ピペット24,34をX軸やY軸のテーブルに連結する構成であってもよい。   In FIG. 1, the manipulators 14 and 16 are configured to be driven from the bottom in the order of the X axis, the Y axis, and the Z axis, but are not limited to this configuration order (arrangement method), and may be configured in another order. For example, the pipettes 24 and 34 may be connected to an X-axis or Y-axis table.

XY軸テーブル36は、駆動装置40の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル38は、駆動装置42の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。Z軸テーブル38に連結されたインジェクションピペット34は、その先端にインジェクションキャピラリ35が装着され、インジェクションキャピラリ35は、針状になっており、ベース22上の細胞等に挿入される。   The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by driving of the driving device 40, and the Z axis table 38 is moved along the Z axis (in the vertical axis direction) by driving of the driving device 42. Configured to move along). The injection pipette 34 connected to the Z-axis table 38 has an injection capillary 35 attached to the tip thereof, and the injection capillary 35 has a needle shape and is inserted into a cell or the like on the base 22.

XY軸テーブル36とZ軸テーブル38は、駆動装置40、42の駆動により、ベース22上の細胞等を含む三次元空間を移動領域として移動し、インジェクションピペット34を、例えば、インジェクションキャピラリ35がベース22上の細胞に挿入される挿入位置まで粗動駆動する粗動機構(三次元軸移動テーブル)として構成されている。   The XY-axis table 36 and the Z-axis table 38 are moved by moving the three-dimensional space including the cells on the base 22 as a moving area by driving the driving devices 40 and 42, and the injection pipette 34, for example, the injection capillary 35 is the base. 22 is configured as a coarse movement mechanism (three-dimensional axis movement table) that drives coarse movement to an insertion position to be inserted into a cell on 22.

また、これらテーブル36,38は、移動テーブルとしての機能の他に、ナノポジショナとしての機能を備え、インジェクションピペット34を往復動自在に支持するととともに、インジェクションピペット34をその長手方向(軸方向)に沿って微動駆動するように構成されている。   The tables 36 and 38 have a function as a nanopositioner in addition to a function as a moving table, and support the injection pipette 34 so as to be reciprocally movable, and the injection pipette 34 in the longitudinal direction (axial direction). It is configured to be finely driven along.

具体的には、XY軸テーブル36とZ軸テーブル38には、ナノポジショナとして、図2に示す微動機構44が付加(内蔵)されている。図2は、図1のXY軸テーブル36,Z軸テーブル38に付加される微動機構の例を示す断面図である。   Specifically, the fine movement mechanism 44 shown in FIG. 2 is added (built in) to the XY axis table 36 and the Z axis table 38 as a nanopositioner. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a fine movement mechanism added to the XY axis table 36 and the Z axis table 38 of FIG.

図2の微動機構44は、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング48を備え、略円筒状に形成されたハウジング48内には、ねじ軸50が挿通されているとともに、円筒状の圧電素子54、円筒状の間座56がねじ軸50の外周側に収納されており、軸受58、60が内輪間座62を間にしてねじ軸50にロックナット66により固定されて収納されている。   The fine movement mechanism 44 of FIG. 2 includes a housing 48 that constitutes a main body of a piezoelectric actuator. A screw shaft 50 is inserted into the housing 48 formed in a substantially cylindrical shape, and a cylindrical piezoelectric element 54, A cylindrical spacer 56 is accommodated on the outer peripheral side of the screw shaft 50, and bearings 58 and 60 are accommodated by being fixed to the screw shaft 50 by a lock nut 66 with an inner ring spacer 62 therebetween.

軸受58、60は、それぞれ内輪58a、60aと、外輪58b、60bと、内輪58a、60aと外輪58b、60b間に挿入されたボール58c、60cを備え、各内輪58a、60aがねじ軸50の外周面に内輪間座62を介して嵌合され、各外輪58b、60bがハウジング48の内周面に嵌合され、ねじ軸50を回転可能に支持する。軸受58は、ハウジング48の内周面に嵌合された間座56との当接により、圧電素子を介して蓋64を締め付けることによって予圧が付与される。ハウジング48の一端側には圧電素子に電圧を印加するための信号線を通すための孔48a、48bが形成されている。予圧調整は間座56の長さを調整することによって押圧力を調整させ、軸受58、60へ適切な予圧力を与える。これにより、軸受58、60に所定の予圧が付与され、軸受58、60の外輪間に軸方向間距離としての間隙63が形成される。   The bearings 58 and 60 include inner rings 58a and 60a, outer rings 58b and 60b, and balls 58c and 60c inserted between the inner rings 58a and 60a and the outer rings 58b and 60b, respectively. The outer ring 58b and 60b are fitted to the outer peripheral surface via the inner ring spacer 62, and the outer ring 58b and 60b are fitted to the inner peripheral surface of the housing 48 to rotatably support the screw shaft 50. The bearing 58 is preloaded by tightening the lid 64 via the piezoelectric element by contact with the spacer 56 fitted to the inner peripheral surface of the housing 48. On one end side of the housing 48, holes 48a and 48b are formed for passing signal lines for applying a voltage to the piezoelectric element. In the preload adjustment, the pressing force is adjusted by adjusting the length of the spacer 56, and an appropriate preload is applied to the bearings 58 and 60. As a result, a predetermined preload is applied to the bearings 58, 60, and a gap 63 as an axial distance is formed between the outer rings of the bearings 58, 60.

圧電素子54は、孔48a、48b内にそれぞれ挿入されたリード線70、72を介して図1のコントローラ43に接続されており、コントローラ43からの電圧に応じてインジェクションピペット34の軸長手方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。   The piezoelectric element 54 is connected to the controller 43 of FIG. 1 via lead wires 70 and 72 inserted into the holes 48a and 48b, respectively. In the axial direction of the injection pipette 34 in accordance with the voltage from the controller 43. It is configured as one element of a piezoelectric actuator that expands and contracts along.

圧電素子54は、コントローラ43からインジェクション用電圧が印加されると、インジェクションキャピラリ35に対しベース22上の細胞に挿入するための穿孔動作を行うようになっており、また、コントローラ43から微動用電圧が印加されると、ねじ軸50をその長手方向(軸方向)に沿って微動させて、インジェクションキャピラリ35の位置を微調整するようになっている。   When an injection voltage is applied from the controller 43, the piezoelectric element 54 performs a perforation operation for inserting the injection capillary 35 into a cell on the base 22, and the controller 43 performs a fine movement voltage. Is applied, the position of the injection capillary 35 is finely adjusted by finely moving the screw shaft 50 along its longitudinal direction (axial direction).

なお、圧電素子54に対するインジェクション用電圧を設定するに際しては、操作対象の細胞の性質等に合わせて、電圧の振幅や電圧の波形を調整できるようになっている。また、図2では円筒型の圧電素子を使用しているが、これに限定されず、例えば角筒型であってもよい。   In setting the injection voltage for the piezoelectric element 54, the amplitude of the voltage and the waveform of the voltage can be adjusted in accordance with the properties of the cell to be operated. Moreover, although the cylindrical piezoelectric element is used in FIG. 2, it is not limited to this, For example, a rectangular tube type may be sufficient.

コントローラ43は、インジェクション用マニピュレータ16を駆動するときには、XY軸テーブル36とZ軸テーブル38を粗動駆動して、インジェクションピペット34の先端に装着されたインジェクションキャピラリ35をベース22上の細胞に近づけて位置決めした後、微動機構44を用いてインジェクションキャピラリ35を微動駆動するようになっている。   When the controller 43 drives the injection manipulator 16, the XY axis table 36 and the Z axis table 38 are coarsely driven to bring the injection capillary 35 attached to the tip of the injection pipette 34 closer to the cells on the base 22. After positioning, the injection capillary 35 is finely driven using the fine movement mechanism 44.

図1のコントローラ43は、例えば、演算手段としてのCPU(中央演算処理装置)及び記憶手段としてのRAM、ROMなどのハードウエア資源を備えたマイクロコンピュータで構成されており、所定のプログラムを基に各種の演算を行い、演算結果に従って駆動装置40、42に駆動指令を出力するとともに、カメラ18で撮像した細胞の画像や演算結果に関する情報などをCRTや液晶パネルからなる表示部(パソコンディスプレイ)45の画面上に表示させる制御手段として構成されている。   The controller 43 shown in FIG. 1 is composed of, for example, a microcomputer having a CPU (Central Processing Unit) as arithmetic means and hardware resources such as RAM and ROM as storage means, and is based on a predetermined program. Various calculations are performed, and a drive command is output to the drive devices 40 and 42 according to the calculation results. At the same time, a cell image captured by the camera 18 and information on the calculation results are displayed on a display unit (PC display) 45 including a CRT or a liquid crystal panel. It is comprised as a control means to display on the screen.

図3は図1のコントローラ43の制御系要部を示すブロック図である。図4は図1,図3のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。   FIG. 3 is a block diagram showing the main part of the control system of the controller 43 of FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a specific example of the joystick of FIGS.

図1のマニピュレータ16の駆動装置40、42には、粗動用モータとして、例えばステッピングモータ46(図3)が内蔵されており、ステッピングモータ46の回転がリニアガイドやボールねじ等により直線運動に変換されるように構成されている。図3のように、コントローラ43のCPU44は、粗動時にステッピングモータ46に対してドライバを介して(図示省略)駆動を指令し、また、微動時に圧電素子54に対してアンプ(図示省略)を介して駆動を指令する。   1 includes, for example, a stepping motor 46 (FIG. 3) as a coarse motor, and the rotation of the stepping motor 46 is converted into a linear motion by a linear guide, a ball screw, or the like. It is configured to be. As shown in FIG. 3, the CPU 44 of the controller 43 instructs the stepping motor 46 to drive via a driver (not shown) during coarse movement, and also sends an amplifier (not shown) to the piezoelectric element 54 during fine movement. Command to drive through.

図1のマニピュレータ16における粗動と微動の駆動を切り換えるために、図1、図3のように、コントローラ43に接続されたジョイスティック47を用いる。   A joystick 47 connected to the controller 43 is used as shown in FIGS. 1 and 3 in order to switch between coarse movement and fine movement in the manipulator 16 shown in FIG.

図3のコントローラ43のCPU44は、ジョイスティック47から操作方向に関する信号が入力すると、ジョイスティック47の操作方向を判別し、例えば、図4のようにジョイスティック47が中立位置でインジェクション用マニピュレータ16が停止した状態から、本体部(ハンドル)47eが操作者により掴まれて右側Rに操作されたとき、ステッピングモータ46を駆動しインジェクションキャピラリ35を粗動駆動する。   3 receives the operation direction signal from the joystick 47, and determines the operation direction of the joystick 47. For example, the injection manipulator 16 is stopped when the joystick 47 is in the neutral position as shown in FIG. Then, when the main body (handle) 47e is gripped by the operator and operated to the right side R, the stepping motor 46 is driven to coarsely drive the injection capillary 35.

また、図4のように、ジョイスティック47は、その上部に並んで配置された第1及び第2押しボタンスイッチ47a,47bを備えている。図3において、第1押しボタンスイッチ47aが押されてオンになると、圧電素子54を駆動し、インジェクションキャピラリ35が細胞に接近した位置で微小量の移動を行うことで細胞に対する穿孔動作を行うようになっている。また、第2押しボタンスイッチ47aが押されてオンになると、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35を細胞内の位置から抜くように後退方向C(図5)に駆動するようになっている。   As shown in FIG. 4, the joystick 47 includes first and second push button switches 47a and 47b arranged side by side above the joystick 47. In FIG. 3, when the first push button switch 47a is pressed and turned on, the piezoelectric element 54 is driven, and the injection capillary 35 moves by a minute amount at a position close to the cell, thereby performing a perforating operation on the cell. It has become. When the second push button switch 47a is pressed and turned on, the stepping motor 46 is driven, and the injection capillary 35 is driven in the backward direction C (FIG. 5) so as to be removed from the intracellular position. .

次に、図1〜図4のマニピュレータシステム10の動作について図1〜図5を参照して説明する。図5は、図1の顕微鏡ユニット12による顕微鏡視野を模式的に示し、卵子に対するインジェクションのための各ステップ(a)〜(d)を説明するための図である。   Next, the operation of the manipulator system 10 shown in FIGS. 1 to 4 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 schematically shows a microscope field of view by the microscope unit 12 of FIG. 1, and is a diagram for explaining each step (a) to (d) for injection into an egg.

図5(a)のように、ホールディング用マニピュレータ14を駆動し、ホールディングキャピラリ25によりベース22上の卵子Dを保持した状態で、図3,図4のジョイスティック47を右側Rに操作し、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに接近させる。   As shown in FIG. 5 (a), the holding manipulator 14 is driven and the egg D on the base 22 is held by the holding capillary 25, and the joystick 47 in FIGS. 46 is driven to bring the tip 35a of the injection capillary 35 closer to the egg D.

次に、図5(b)のように、ジョイスティック47を左側Lに操作し、コントローラ43でステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに当接させる。   Next, as shown in FIG. 5B, the joystick 47 is operated to the left L, the stepping motor 46 is driven by the controller 43, and the tip 35 a of the injection capillary 35 is brought into contact with the egg D.

次に、図5(c)のように、図3,図4のジョイスティック47の上部の第1押しボタンスイッチ47aを押すと、コントローラ43からインジェクション用電圧を印加して圧電素子54を駆動し、初期設定されたインジェクション用電圧の信号波形に基づいて圧電素子54によりインジェクションキャピラリ35が先端35aで穿孔動作を行い、インジェクションキャピラリ35の先端35aが前進方向Bに卵子Dの透明帯を通して卵子D内へと挿入され、インジェクションキャピラリ35から精子の入った溶液を注入する。   Next, as shown in FIG. 5C, when the first push button switch 47a on the upper part of the joystick 47 in FIGS. 3 and 4 is pressed, an injection voltage is applied from the controller 43 to drive the piezoelectric element 54, Based on the signal waveform of the injection voltage that has been initially set, the piezoelectric capillary 54 causes the injection capillary 35 to perform a perforating operation at the tip 35a, and the tip 35a of the injection capillary 35 enters the egg D through the zona pellucida in the forward direction B. And a solution containing sperm is injected from the injection capillary 35.

なお、圧電素子54による穿孔動作は、圧電素子54の駆動時間が卵子の個体差により異なるため、押しボタンスイッチ47aを押している間に継続して圧電素子54を駆動し、押しボタンスイッチ47aを離すと圧電素子54がオフとなる構成とすることが好ましい。   In the punching operation by the piezoelectric element 54, the driving time of the piezoelectric element 54 varies depending on the individual difference of the egg. Therefore, the piezoelectric element 54 is continuously driven while the push button switch 47a is being pressed, and the push button switch 47a is released. The piezoelectric element 54 is preferably turned off.

次に、上述のインジェクション動作の後、図5(d)のように、図3,図4のジョイスティック47の上部の第2押しボタンスイッチ47bを押すと、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションピペット34の軸長手方向に沿って駆動して、後退方向Cにインジェクションキャピラリ35を駆動することで細胞D内から抜く。   Next, after the above-described injection operation, as shown in FIG. 5D, when the second push button switch 47b at the top of the joystick 47 in FIGS. 3 and 4 is pressed, the stepping motor 46 is driven and the injection pipette 34 is moved. Then, the injection capillary 35 is driven in the backward direction C to be extracted from the cell D.

上述のように、図1〜図5の本実施形態によれば、圧電素子54による穿孔動作・インジェクション開始からインジェクションキャピラリ35を細胞(卵子D)から抜くまでの操作を押しボタンスイッチ47a、47bの押す動作だけで実行することができ、ジョイスティックのレバー操作の必要がなくなり、操作がが容易になる。また、上記操作をボタン操作とすることで、初期設定した動作を安定して実行させることができ、このため、人為的な誤差が少なくなるとともに、各操作を安定して繰り返し行うことが可能となる。   As described above, according to the present embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the operations from the start of the piercing operation / injection by the piezoelectric element 54 to the removal of the injection capillary 35 from the cell (egg D) are performed by the push button switches 47a, 47b. The operation can be performed only by pushing, and the operation of the lever of the joystick is not necessary and the operation becomes easy. In addition, by making the above operation a button operation, it is possible to stably execute the initially set operation, thereby reducing human error and making it possible to repeatedly perform each operation stably. Become.

また、第1及び第2押しボタンスイッチ47a、47bがジョイスティック47の上部に並んでいるので、押しボタンスイッチ47a、47bを続けて押すことが簡単にでき、穿孔動作・インジェクション動作及びインジェクションキャピラリを抜く動作を連続的に正確かつ容易に行うことができる。   Further, since the first and second push button switches 47a and 47b are arranged on the upper portion of the joystick 47, the push button switches 47a and 47b can be easily pushed continuously, and the punching operation / injection operation and the injection capillary are pulled out. The operation can be performed continuously and accurately and easily.

次に、上述のジョイスティック47による操作の代わりに、図1のマウス49を用いて表示部45の画面上で操作するように構成してもよい。すなわち、図6の表示部45の画面45a上に、例えば、図5のような顕微鏡視野の画像を表示するとともに、図1のマウス49でクリックすることでスイッチと同様の動作をする押しボタン41a〜41eを表示する。これらの押しボタン41a〜41eをマウス49で操作することで、図5(a)〜(d)と同様の操作を行うことができる。   Next, instead of the operation with the joystick 47 described above, the mouse 49 in FIG. 1 may be used to operate on the screen of the display unit 45. 6 is displayed on the screen 45a of the display unit 45 in FIG. 6, for example, and the push button 41a that performs the same operation as the switch by clicking with the mouse 49 in FIG. 1 is displayed. ~ 41e are displayed. By operating these push buttons 41a to 41e with the mouse 49, it is possible to perform the same operations as in FIGS.

すなわち、画面45a上に表示された粗動ボタン41aをマウス49でクリックすることで、ステッピングモータ46を駆動し、図5(a)のように、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに接近させる。ここで、停止ボタン41bをクリックし停止してもよい。   That is, by clicking the coarse motion button 41a displayed on the screen 45a with the mouse 49, the stepping motor 46 is driven, and the tip 35a of the injection capillary 35 is brought close to the ovum D as shown in FIG. . Here, you may stop by clicking the stop button 41b.

次に、粗動ボタン41aをクリックしてステッピングモータ46を駆動し、図5(b)のように、インジェクションキャピラリ35を移動させて先端35aを卵子Dに当接させる。   Next, the coarse motion button 41a is clicked to drive the stepping motor 46, and the injection capillary 35 is moved to bring the tip 35a into contact with the ovum D as shown in FIG.

次に、注入ボタン41dをクリックすると、インジェクション用電圧を印加して圧電素子54を駆動し、図5(c)のように、インジェクションキャピラリ35が先端35aで穿孔動作を行い、注入を行う。   Next, when the injection button 41d is clicked, an injection voltage is applied to drive the piezoelectric element 54, and as shown in FIG. 5C, the injection capillary 35 performs a perforation operation at the tip 35a to perform injection.

次に、上述のインジェクション動作の後、後退ボタン41eをクリックすると、ステッピングモータ46を駆動し、図5(d)のように、インジェクションキャピラリ35を後退方向Cに駆動することで細胞D内から抜く。   Next, when the backward button 41e is clicked after the above-described injection operation, the stepping motor 46 is driven, and the injection capillary 35 is driven in the backward direction C as shown in FIG. .

なお、上述の図3〜図5及び図6では、穿孔動作・インジェクション動作と、インジェクションキャピラリを抜く動作と、を2つの押しボタンにより別々に行うようにしたが、1つの押しボタンを押すことで、穿孔動作・インジェクション動作からインジェクションキャピラリを抜く動作まで自動的に連続して行うようにしてもよい。   In FIGS. 3 to 5 and 6 described above, the drilling operation / injection operation and the operation of removing the injection capillary are performed separately by two push buttons. However, by pressing one push button, Further, it may be carried out automatically and continuously from the drilling operation / injection operation to the operation of removing the injection capillary.

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図4では押しボタンスイッチ47a、47bを例にして説明したが、他の押しボタンスイッチに同様の機能を備えさることが可能であり、操作者が操作し易い他の押しボタンスイッチに同様の機能を割り振ることができる。   As described above, the best mode for carrying out the present invention has been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, in FIG. 4, the push button switches 47a and 47b have been described as an example. However, other push button switches can be provided with the same function, and are similar to other push button switches that are easy for the operator to operate. Function can be allocated.

また、図1のマウス49として押しボタンスイッチを有するマウスを用いて、かかるマウス49に付属した押しボタンスイッチを押すことでジョイスティック47の第1及び第2押しボタンスイッチ47a、47bと同様の操作を行わせるように構成してもよい。この場合、粗動と微動の切り換えは、例えば、図6と同様の押しボタン41a,41b,41cにより行うようにしてもよい。   Further, by using a mouse having a push button switch as the mouse 49 in FIG. 1, the same operation as that of the first and second push button switches 47a and 47b of the joystick 47 is performed by pressing the push button switch attached to the mouse 49. You may comprise so that it may be performed. In this case, switching between coarse movement and fine movement may be performed by, for example, push buttons 41a, 41b, and 41c similar to those in FIG.

また、ジョイスティックやマウス以外のポインティングデバイスを用いてもよく、例えば、ペンタブレット等を使用してもよく、押しボタンが不足するときは、画面上にクリック可能な押しボタンを設置することが好ましい。   A pointing device other than a joystick or a mouse may be used. For example, a pen tablet or the like may be used. When there are not enough push buttons, it is preferable to install a clickable push button on the screen.

〈第2の実施形態〉   <Second Embodiment>

第2の実施形態によるマニピュレータシステム10は図1と同様の構成である。すなわち、マニピュレータシステム10は、図1のように、顕微鏡観察下で細胞等の微小対象物に微細な人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット12と、ホールディング用マニピュレータ14と、インジェクション用マニピュレータ16とを備え、顕微鏡ユニット12の左右にマニピュレータ14,16が配置されている。顕微鏡ユニット12は、カメラ18、顕微鏡20、ベース22を備え、ベース22の上方に顕微鏡20が配置され、顕微鏡20にはCCDやCMOS等の撮像素子を用いたカメラ18が連結されている。ベース22上には細胞等の微小対象物が載置可能であり、ベース22上の細胞(図示せず)に顕微鏡20から光が照射される。ベース22上の細胞で反射した光が顕微鏡20に入射すると、細胞に関する光学像は、顕微鏡20で拡大された後、カメラ18で撮像され、カメラ18の撮像による画像を表示部45に表示し、細胞を観察できる。   The manipulator system 10 according to the second embodiment has the same configuration as that shown in FIG. That is, as shown in FIG. 1, the manipulator system 10 includes a microscope unit 12, a holding manipulator 14, and an injection manipulator as a system for performing a minute artificial operation on a minute object such as a cell under microscope observation. 16, and manipulators 14 and 16 are arranged on the left and right of the microscope unit 12. The microscope unit 12 includes a camera 18, a microscope 20, and a base 22. The microscope 20 is disposed above the base 22, and the camera 18 using an image sensor such as a CCD or CMOS is connected to the microscope 20. A micro object such as a cell can be placed on the base 22, and light (irradiated from the microscope 20) is irradiated on a cell (not shown) on the base 22. When the light reflected by the cells on the base 22 enters the microscope 20, an optical image related to the cells is magnified by the microscope 20 and then captured by the camera 18, and an image captured by the camera 18 is displayed on the display unit 45. Cells can be observed.

なお、マニピュレータシステム10の各部は、図1と同様であるので、その説明は省略する。また、XY軸テーブル36とZ軸テーブル38には、ナノポジショナとして、微動機構44が付加(内蔵)されているが、この微動機構44は図2に示すものと同様であるので、その説明は省略する。   In addition, since each part of the manipulator system 10 is the same as that of FIG. 1, the description is abbreviate | omitted. The XY axis table 36 and the Z axis table 38 have a fine movement mechanism 44 added (built-in) as a nanopositioner. The fine movement mechanism 44 is the same as that shown in FIG. Omitted.

図9は第2の実施形態による図1のコントローラ43の制御系要部を示すブロック図である。図4は図9の表示部の分割された画面の例を示す図である。   FIG. 9 is a block diagram showing the main part of the control system of the controller 43 of FIG. 1 according to the second embodiment. FIG. 4 is a diagram showing an example of a divided screen of the display unit of FIG.

図1のマニピュレータ16の駆動装置40、42には、粗動用モータとして、例えばステッピングモータ46(図3)が内蔵されており、ステッピングモータ46の回転がリニアガイドやボールねじ等により直線運動に変換されるように構成されている。図9のように、コントローラ43のCPU44は、粗動時にステッピングモータ46に対してドライバ(図示省略)を介して駆動を指令し、また、微動時に圧電素子54に対してアンプ(図示省略)を介して駆動を指令する。   1 includes, for example, a stepping motor 46 (FIG. 3) as a coarse motor, and the rotation of the stepping motor 46 is converted into a linear motion by a linear guide, a ball screw, or the like. It is configured to be. As shown in FIG. 9, the CPU 44 of the controller 43 instructs the stepping motor 46 to drive via a driver (not shown) during coarse movement, and also sends an amplifier (not shown) to the piezoelectric element 54 during fine movement. Command to drive through.

図9の表示部45と、画像処理部80と、表示部45と画像処理部80とを制御するCPU44とにより、画像表示装置が構成される。すなわち、図9のCPU44は表示部45の画面表示形態を制御し、図10のように表示部45の画面45aを例えば画面81,82の二画面に分割する。図1の顕微鏡20に設けられたカメラ18で撮像された顕微鏡画像が、各分割画面81,82に細胞等の微小対象物の画像としてそれぞれ表示される。   An image display device is configured by the display unit 45, the image processing unit 80, and the CPU 44 that controls the display unit 45 and the image processing unit 80 in FIG. That is, the CPU 44 in FIG. 9 controls the screen display form of the display unit 45, and divides the screen 45a of the display unit 45 into, for example, two screens 81 and 82 as shown in FIG. A microscope image captured by the camera 18 provided in the microscope 20 of FIG. 1 is displayed on each of the divided screens 81 and 82 as an image of a minute object such as a cell.

カメラ18からの画像は、図9の画像処理部80で各種の画像処理が施されるが、例えば、微小対象物の顕微鏡画像を所望の倍率に縮小・拡大処理することができる。すなわち、画像処理部80は、入力画像について所定のアルゴリズムでソフト的に縮小処理または拡大処理を行い、縮小または拡大された出力画像とするようになっている。   The image from the camera 18 is subjected to various types of image processing by the image processing unit 80 in FIG. 9. For example, a microscopic image of a minute object can be reduced or enlarged to a desired magnification. In other words, the image processing unit 80 performs a reduction process or an enlargement process on the input image with a predetermined algorithm in a software manner to obtain a reduced or enlarged output image.

図10のように、画像処理部80で拡大処理された例えば表示倍率10倍(×10)の顕微鏡画像が画面81に表示され、表示倍率40倍(×40)の同一の顕微鏡画像が画面82に表示される。   As shown in FIG. 10, for example, a microscope image with a display magnification of 10 times (× 10) that has been enlarged by the image processing unit 80 is displayed on the screen 81, and the same microscope image with a display magnification of 40 times (× 40) is displayed on the screen 82. Is displayed.

図11に図9のジョイスティックの具体例を示す斜視図を示す。図1,図9のようにコントローラ43に接続されたジョイスティック47を用いて、例えば、図10のようにジョイスティック47が中立位置でインジェクション用マニピュレータ16が停止した状態から、本体部47eが操作者により掴まれて右側Rまたは左側Lに操作されたとき、ステッピングモータ46を駆動しインジェクションキャピラリ35を粗動駆動する。   FIG. 11 is a perspective view showing a specific example of the joystick of FIG. The joystick 47 connected to the controller 43 as shown in FIGS. 1 and 9 is used, for example, when the injection manipulator 16 is stopped when the joystick 47 is in the neutral position as shown in FIG. When gripped and operated to the right side R or left side L, the stepping motor 46 is driven to drive the injection capillary 35 coarsely.

また、図11のように、ジョイスティック47は、その上部に並んで配置された第1及び第2押しボタンスイッチ47a,47bを備え、第1押しボタンスイッチ47aが押されてオンになると、圧電素子54を駆動し、インジェクションキャピラリ35が細胞に接近した位置で微小量の移動を行うことで細胞に対する穿孔動作を行う。また、第2押しボタンスイッチ47bが押されてオンになると、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35を細胞内の位置から抜くように後退方向C(図6)に駆動する。   Further, as shown in FIG. 11, the joystick 47 includes first and second push button switches 47a and 47b arranged side by side on the upper portion thereof, and when the first push button switch 47a is pressed and turned on, the piezoelectric element 54 is driven, and a microscopic movement is performed at a position where the injection capillary 35 approaches the cell, thereby perforating the cell. When the second push button switch 47b is pressed and turned on, the stepping motor 46 is driven, and the injection capillary 35 is driven in the backward direction C (FIG. 6) so as to be removed from the intracellular position.

なお、図11のようにジョイスティック47の上部に設置されたハットスイッチ47dを用いて、第2押しボタンスイッチ47bの上記ボタン操作を代用するように構成してもよい。また、図11の押しボタンスイッチ47aの隣の第3押しボタンスイッチ47c等の他の押しボタンスイッチに同様の機能を備えさることが可能であり、操作者が操作し易い他の押しボタンスイッチに同様の機能を割り振るようにしてもよい。   In addition, you may comprise so that the said button operation of the 2nd pushbutton switch 47b may be substituted using the hat switch 47d installed in the upper part of the joystick 47 like FIG. Also, other push button switches such as the third push button switch 47c adjacent to the push button switch 47a in FIG. 11 can be provided with the same function, and other push button switches that are easy for the operator to operate can be used. Similar functions may be allocated.

次に、本実施形態のマニピュレータシステム10の動作について図9〜図11、さらに上述の図5を参照して説明する。   Next, the operation of the manipulator system 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 11 and FIG. 5 described above.

図5(a)のように、ホールディング用マニピュレータ14を駆動し、ホールディングキャピラリ25によりベース22上の卵子Dを保持した状態で、図9,図11のジョイスティック47を右側Rに操作し、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに接近させる。   As shown in FIG. 5A, the holding manipulator 14 is driven, and the egg D on the base 22 is held by the holding capillary 25, and the joystick 47 in FIGS. 46 is driven to bring the tip 35a of the injection capillary 35 closer to the egg D.

次に、図5(b)のように、ジョイスティック47を左側Lに操作し、コントローラ43でステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに当接させる。   Next, as shown in FIG. 5B, the joystick 47 is operated to the left L, the stepping motor 46 is driven by the controller 43, and the tip 35 a of the injection capillary 35 is brought into contact with the egg D.

次に、図5(c)のように、図11のジョイスティック47の上部の第1押しボタンスイッチ47aを押すと、コントローラ43からインジェクション用電圧を印加して圧電素子54を駆動し、初期設定されたインジェクション用電圧の信号波形に基づいて圧電素子54によりインジェクションキャピラリ35が先端35aで穿孔動作を行い、インジェクションキャピラリ35の先端35aが前進方向Bに卵子Dの透明帯を通して卵子D内へと挿入され、インジェクションキャピラリ35から精子の入った溶液を注入する。   Next, as shown in FIG. 5C, when the first push button switch 47a on the upper part of the joystick 47 in FIG. 11 is pressed, the piezoelectric element 54 is driven by applying the injection voltage from the controller 43, and the initial setting is performed. On the basis of the signal waveform of the injection voltage, the piezoelectric capillary 54 causes the injection capillary 35 to perforate at the tip 35a, and the tip 35a of the injection capillary 35 is inserted into the egg D through the zona pellucida in the forward direction B. Then, a solution containing sperm is injected from the injection capillary 35.

なお、圧電素子54による穿孔動作は、圧電素子54の駆動時間が卵子の個体差により異なるため、押しボタンスイッチ47aを押している間に継続して圧電素子54を駆動し、押しボタンスイッチ47aを離すと圧電素子54がオフとなる構成とすることが好ましい。   In the punching operation by the piezoelectric element 54, the driving time of the piezoelectric element 54 varies depending on the individual difference of the egg. Therefore, the piezoelectric element 54 is continuously driven while the push button switch 47a is being pressed, and the push button switch 47a is released. The piezoelectric element 54 is preferably turned off.

次に、上述のインジェクション動作の後、図5(d)のように、図11のジョイスティック47の上部の第2押しボタンスイッチ47bを押すと、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションピペット34の軸長手方向に沿って駆動して、後退方向Cにインジェクションキャピラリ35を駆動することで細胞D内から抜く。   Next, after the above-described injection operation, as shown in FIG. 5D, when the second push button switch 47b on the upper part of the joystick 47 in FIG. 11 is pressed, the stepping motor 46 is driven and the axial length of the injection pipette 34 is increased. By driving along the direction and driving the injection capillary 35 in the backward direction C, the cell is pulled out of the cell D.

上述のように、本実施形態によれば、圧電素子54による穿孔動作・インジェクション開始からインジェクションキャピラリ35を細胞(卵子D)から抜くまでの操作を押しボタンスイッチ47a、47bの押す動作だけで実行することができ、ジョイスティックのレバー操作の必要がなくなり、操作がが容易になる。また、上記操作をボタン操作とすることで、初期設定した動作を安定して実行させることができ、このため、人為的な誤差が少なくなるとともに、各操作を安定して繰り返し行うことが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the operations from the start of the piercing operation / injection by the piezoelectric element 54 to the removal of the injection capillary 35 from the cell (egg D) are performed only by the pressing operation of the push button switches 47a and 47b. This eliminates the need for lever operation of the joystick and facilitates operation. In addition, by making the above operation a button operation, it is possible to stably execute the initially set operation, thereby reducing human error and making it possible to repeatedly perform each operation stably. Become.

また、第1及び第2押しボタンスイッチ47a、47bがジョイスティック47の上部に並んでいるので、押しボタンスイッチ47a、47bを続けて押すことが簡単にでき、穿孔動作・インジェクション動作及びインジェクションキャピラリを抜く動作を連続的に正確かつ容易に行うことができる。   Further, since the first and second push button switches 47a and 47b are arranged on the upper portion of the joystick 47, the push button switches 47a and 47b can be easily pushed continuously, and the punching operation / injection operation and the injection capillary are pulled out. The operation can be performed continuously and accurately and easily.

上述の図5(a)〜(d)の各操作の際に、図10のように、表示部45の2分割された画面81,82に、同一の顕微鏡画像について低倍率の画像と高倍率の画像を表示しながら、低倍率画像で細胞Dの状態を把握しながら高倍率画像で細胞Dに対する微細な各操作を実行できる。例えば、図5(b)の操作の際に、図10のように2分割された画面81,82に低倍率画像と高倍率画像を表示し、ジョイスティック47を操作して、画面81の低倍率画像で細胞Dの全体を把握し、画面82の高倍率画像をみながらインジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに当接させることができる。   5A to 5D, the low-magnification image and the high-magnification image of the same microscope image are displayed on the two-divided screens 81 and 82 of the display unit 45 as shown in FIG. While displaying the image, it is possible to execute fine operations on the cell D with the high-magnification image while grasping the state of the cell D with the low-magnification image. For example, when the operation shown in FIG. 5B is performed, the low-magnification image and the high-magnification image are displayed on the screens 81 and 82 divided into two as shown in FIG. The whole cell D can be grasped by the image, and the tip 35a of the injection capillary 35 can be brought into contact with the ovum D while viewing the high-magnification image of the screen 82.

以上のように、本実施形態のマニピュレータシステム10によれば、マニピュレータ14,16で細胞等の微小対象物を操作する際、顕微鏡画像の集録を1つのカメラ18で行い、例えば、PC(パソコン)等に集録することができる。集録した顕微鏡画像を表示部45の2画面81,82に分けて異なる表示倍率で表示でき、例えば、画面81では表示倍率が10倍であり、画面82では表示倍率が40倍である。これにより、常に低倍率画像で顕微鏡下の試料状態を把握しながら高倍率画像での微細な操作が可能になる。また、顕微鏡の対物レンズを交換する手間が省略できるとともに、高倍率の対物レンズが不要となる。さらに、顕微鏡で電動レボルバ等の高価な製品を使用しなくてもよく、マニピュレータシステム全体のコスト減に寄与できる。   As described above, according to the manipulator system 10 of the present embodiment, when manipulators 14 and 16 operate minute objects such as cells, microscope images are collected by one camera 18, for example, a PC (personal computer). Etc. can be acquired. The acquired microscope image can be divided into two screens 81 and 82 of the display unit 45 and displayed at different display magnifications. For example, the screen 81 has a display magnification of 10 times and the screen 82 has a display magnification of 40 times. As a result, it is possible to perform fine operations on the high-magnification image while always grasping the sample state under the microscope with the low-magnification image. Further, it is possible to eliminate the trouble of replacing the objective lens of the microscope, and a high-magnification objective lens is not necessary. Furthermore, it is not necessary to use an expensive product such as an electric revolver with a microscope, which can contribute to the cost reduction of the entire manipulator system.

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図4の画面81,82における表示倍率は、変更可能であり、例えば、一方をほぼ等倍とし、他方をデジタルズームによる所望の倍率にできる。また、表示部45の分割画面は、2画面に限定されず、さらに、3画面、4画面、・・・のように増やしてもよい。   As described above, the best mode for carrying out the present invention has been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the display magnification on the screens 81 and 82 in FIG. 4 can be changed. For example, one can be set to approximately the same magnification and the other can be set to a desired magnification by digital zoom. Moreover, the divided screens of the display unit 45 are not limited to two screens, and may be further increased to three screens, four screens,.

〈第3の実施形態〉
図12は第5の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す斜視図である。図13は図12のインジェクション用電動3軸マニピュレータの概略的構成を示す斜視図である。
<Third Embodiment>
FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of a manipulator system according to the fifth embodiment. FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of the electric triaxial manipulator for injection shown in FIG.

図12は、図1のマニピュレータシステム10をより具体化したマニピュレータシステム500を示している。すなわち、図12のように、本実施形態によるマニピュレータシステム500は、ホールディング用の電動3軸(XYZ)マニピュレータ140と、インジェクション用の電動3軸(XYZ)マニピュレータ160と、倒立顕微鏡120と、電動の試料ステージ110と、を備え、各電動3軸マニピュレータ140,160は倒立顕微鏡120と一体になるように取り付けられている。なお、電動3軸マニピュレータ140,160は、試料ステージ110と一体構造となるように取り付けてもよく、これにより外部からの振動等の影響が受け難くなる。   FIG. 12 shows a manipulator system 500 that further embodies the manipulator system 10 of FIG. That is, as shown in FIG. 12, the manipulator system 500 according to this embodiment includes an electric triaxial (XYZ) manipulator 140 for holding, an electric triaxial (XYZ) manipulator 160 for injection, an inverted microscope 120, an electric microscope A sample stage 110, and the electric triaxial manipulators 140 and 160 are attached so as to be integrated with the inverted microscope 120. Note that the electric triaxial manipulators 140 and 160 may be attached so as to be integrated with the sample stage 110, which makes it less susceptible to external vibration and the like.

インジェクション用の電動3軸マニピュレータ160には、電動で圧力調整可能なインジェクタ340を設置軸方向に往復運動するようにモータ駆動及び圧電素子駆動が可能なナット回転型アクチュエータ170が取り付けられている。ホールディング用の電動3軸マニピュレータ140にも同様のナット回転型アクチュエータ191が取り付けられている。   The electric triaxial manipulator 160 for injection is provided with a nut rotary actuator 170 capable of driving a motor and a piezoelectric element so as to reciprocate an injector 340 capable of adjusting pressure by electric power in the direction of the installation axis. A similar nut rotary actuator 191 is also attached to the electric triaxial manipulator 140 for holding.

倒立顕微鏡120は電動焦点合わせアクチュエータ、対物レンズを切り替えるレボルバ部及び観察対象物への光照射のための光源を有する。   The inverted microscope 120 includes an electric focusing actuator, a revolver unit for switching an objective lens, and a light source for irradiating light to an observation object.

また、各電動3軸マニピュレータ140,160の設置時の安定性を向上するため、各電動3軸マニピュレータ140,160を重力方向に支持するための脚149,169を設置している。各脚149,169は、図12では各電動3軸マニピュレータ140,160に対しそれぞれ1箇所しか配置していないが、複数でもよい。   In addition, legs 149 and 169 for supporting the electric triaxial manipulators 140 and 160 in the direction of gravity are installed in order to improve the stability when the electric triaxial manipulators 140 and 160 are installed. In FIG. 12, each leg 149, 169 is disposed only at one location for each electric triaxial manipulator 140, 160, but may be plural.

図13のように、電動3軸マニピュレータ160は、3つの1軸アクチュエータ161,162,163を3軸(XYZ)方向に組み合わせて構成されている。各1軸アクチュエータ161〜163は、ステッピングモータとカップリングとBS(ボールねじ)と案内要素とスライダとから構成され、オーバーストロークを防止するために駆動軸方向の両端にリミットスイッチが設置されている。また、各1軸アクチュエータ161〜163のステッピングモータの励磁を切ることにより、各1軸アクチュエータ161〜163の各手動ノブ161a,162a,163aによりマニピュレータ160を各軸方向に手動操作することも可能な構成となっている。電動3軸マニピュレータ140も同様に構成されている。   As shown in FIG. 13, the electric triaxial manipulator 160 is configured by combining three uniaxial actuators 161, 162, and 163 in the triaxial (XYZ) direction. Each of the single-axis actuators 161 to 163 includes a stepping motor, a coupling, a BS (ball screw), a guide element, and a slider, and limit switches are installed at both ends in the drive axis direction to prevent an overstroke. . Further, by turning off the excitation of the stepping motors of the single-axis actuators 161 to 163, the manipulator 160 can be manually operated in the respective axial directions by the manual knobs 161a, 162a, and 163a of the single-axis actuators 161 to 163. It has a configuration. The electric triaxial manipulator 140 is configured in the same manner.

1軸アクチュエータ163をZ軸方向の駆動用とし、そのZ軸スライダ163b上にはθステージ164が配置され、さらにθステージ164上にはナット回転型アクチュエータ170が配置されている。θステージ164は、ナット回転型アクチュエータ170の設置角度を調整するためのものであり、手動タイプであるが、電動タイプに構成してもよい。θステージ164の設置角度は、インジェクタ340に装着されるガラス製のインジェクションキャピラリ341の折れ曲がり角度またはインジェクション角度と一致するよう設定される。   The single-axis actuator 163 is used for driving in the Z-axis direction, a θ stage 164 is disposed on the Z-axis slider 163b, and a nut rotary actuator 170 is disposed on the θ stage 164. The θ stage 164 is for adjusting the installation angle of the nut rotary actuator 170 and is a manual type, but may be an electric type. The installation angle of the θ stage 164 is set so as to coincide with the bending angle or the injection angle of the glass injection capillary 341 mounted on the injector 340.

次に、図12,図13のナット回転型アクチュエータ170について図14,図15を参照して説明する。図14は図13のナット回転型アクチュエータ170をθステージ164の平面と平行な方向に切断してみた断面図である。図15は図13,図14のナット回転型アクチュエータ170の斜視図である。   Next, the nut rotary actuator 170 of FIGS. 12 and 13 will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a cross-sectional view of the nut rotary actuator 170 of FIG. 13 cut in a direction parallel to the plane of the θ stage 164. FIG. 15 is a perspective view of the nut rotary actuator 170 of FIGS.

図14,図15に示すように、ナット回転型アクチュエータ170は、圧電アクチュエータとしての本体を構成するハウジング480を備えており、ほぼ筒状に形成されたハウジング480内には、ピペット状のインジェクタ340を駆動対象として、外周側にねじ部を有するねじ軸520と、ねじ軸520を囲む中空状の回転軸540が挿通されている。ハウジング480はその底部がベース560に固定されており、微動機構、ナノポジショナとして構成されている。   As shown in FIGS. 14 and 15, the nut rotary actuator 170 includes a housing 480 that constitutes a main body as a piezoelectric actuator, and a pipette injector 340 is provided in a substantially cylindrical housing 480. Is a screw shaft 520 having a threaded portion on the outer peripheral side, and a hollow rotating shaft 540 surrounding the screw shaft 520 is inserted. The bottom of the housing 480 is fixed to the base 560 and is configured as a fine movement mechanism and a nanopositioner.

ねじ軸520の先端側には、治具580を介してピペット状のインジェクタ340の根元側が連結されており、ねじ軸520の中程には、ねじ軸520外周のねじ部とねじ結合されるねじ要素としてのボールねじナット(BSナット)600が装着され、治具580とねじ軸520との間にはスライダ620が連結されている。スライダ620はベース560とほぼ直交する方向に配置され、切り欠き640を間にしてリニアガイド660に連結されている。リニアガイド660はベース560底部側に配置され、ベアリング680を介して、ねじ軸520の軸方向に沿って移動自在にベース560に連結されている。   The root side of the pipette-like injector 340 is connected to the tip side of the screw shaft 520 via a jig 580, and a screw that is screw-coupled with a screw portion on the outer periphery of the screw shaft 520 in the middle of the screw shaft 520. A ball screw nut (BS nut) 600 as an element is mounted, and a slider 620 is connected between the jig 580 and the screw shaft 520. The slider 620 is disposed in a direction substantially perpendicular to the base 560 and is connected to the linear guide 660 with a notch 640 therebetween. The linear guide 660 is disposed on the bottom side of the base 560 and is coupled to the base 560 via a bearing 680 so as to be movable along the axial direction of the screw shaft 520.

すなわち、リニアガイド660は、ねじ軸520の軸方向の移動に合わせて、ねじ軸520の先端側を支持したスライダ620を、ベース560に沿って往復動させるようになっている。この際、ねじ軸520のうちボールねじナット600よりもインジェクタ340側の部位が、スライダ620を介してリニアガイド660でスライド自在に支持されるので、ねじ軸520の直線運動をインジェクタ340へ伝達することができる。   That is, the linear guide 660 is configured to reciprocate the slider 620 supporting the tip end side of the screw shaft 520 along the base 560 in accordance with the axial movement of the screw shaft 520. At this time, the portion of the screw shaft 520 closer to the injector 340 than the ball screw nut 600 is slidably supported by the linear guide 660 via the slider 620, so that the linear motion of the screw shaft 520 is transmitted to the injector 340. be able to.

ボールねじナット600は、回転軸540の軸方向一端側(先端側)の段部540aに固定されているとともに、ねじ軸520外周のねじ部とねじ結合され、ねじ軸520がその軸方向に沿って往復動(直線運動)するのを自在に支持するようになっている。すなわち、ボールねじナット600は、回転軸540の回転運動をねじ軸520の直線運動に変換するための要素として構成されている。   The ball screw nut 600 is fixed to a step portion 540a on one end side (tip side) in the axial direction of the rotary shaft 540 and is screwed to a screw portion on the outer periphery of the screw shaft 520, so that the screw shaft 520 extends along the axial direction. Thus, it can freely support reciprocating motion (linear motion). That is, the ball screw nut 600 is configured as an element for converting the rotary motion of the rotary shaft 540 into the linear motion of the screw shaft 520.

回転軸540の軸方向他端側は、中空モータ700内の回転部に連結している。中空モータ700のハウジング740は、その底部側がベース560に弾性体としてのゴムワッシャ760を介してボルト780が固定されている。中空モータ700が駆動されると回転軸540が回転し、回転軸540の回転運動がボールねじナット600を介してねじ軸520に伝達され、ねじ軸520がその軸方向に沿って直線運動するようになっている。   The other axial end of the rotating shaft 540 is connected to a rotating portion in the hollow motor 700. Bolts 780 are fixed to the base 560 of the housing 740 of the hollow motor 700 via a rubber washer 760 as an elastic body. When the hollow motor 700 is driven, the rotary shaft 540 rotates, and the rotary motion of the rotary shaft 540 is transmitted to the screw shaft 520 via the ball screw nut 600 so that the screw shaft 520 moves linearly along the axial direction. It has become.

一方、回転軸540の段部540aに隣接して、軸受800、820が内輪間座840を間にして収納されている。軸受800、820は、それぞれ内輪800a、820aと、外輪800b、820bと、内輪と外輪間に挿入されたボール800c、820cを備え、各内輪800a、820aが回転軸540の外周面に嵌合され、各外輪800b、820bがハウジング480の内周面に嵌合され、回転軸540を回転自在に支持するようになっている。軸受800、820は、内輪間座840を間にし、回転軸540にロックナット860により固定されている。軸受800は、ハウジング480内の段部540aと円環状のスペーサ920と当接することにより、回転軸540の軸方向への移動が規制されるようになっている。軸受820の外輪820bとハウジング480の蓋880との間に、円環状の圧電素子920と円環状のスペーサ900が圧入されている。   On the other hand, the bearings 800 and 820 are accommodated with the inner ring spacer 840 therebetween, adjacent to the step portion 540 a of the rotating shaft 540. The bearings 800 and 820 include inner rings 800a and 820a, outer rings 800b and 820b, and balls 800c and 820c inserted between the inner ring and the outer ring, and the inner rings 800a and 820a are fitted to the outer peripheral surface of the rotating shaft 540. The outer rings 800b and 820b are fitted to the inner peripheral surface of the housing 480 so as to rotatably support the rotating shaft 540. The bearings 800 and 820 are fixed to the rotary shaft 540 by a lock nut 860 with the inner ring spacer 840 therebetween. The bearing 800 is configured to be restricted from moving in the axial direction of the rotating shaft 540 by contacting the step 540 a in the housing 480 and the annular spacer 920. An annular piezoelectric element 920 and an annular spacer 900 are press-fitted between the outer ring 820 b of the bearing 820 and the lid 880 of the housing 480.

また、各軸受800、820、圧電素子920は、スペーサ900の長さを調節し、蓋880を閉めることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ900の長さを調整し、蓋880を閉めると、その位置に応じた締結力が軸受820と軸受800の外輪820b、800bに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子920にも予圧が付与される。これにより、軸受800、820および圧電素子920に所定の予圧が付与され、軸受800、820の外輪間に軸方向間の距離としての間隙940が形成される。   The bearings 800 and 820 and the piezoelectric element 920 are preloaded by adjusting the length of the spacer 900 and closing the lid 880. Specifically, when the length of the spacer 900 is adjusted and the cover 880 is closed, a preload is applied as a pressing force along the axial direction to the bearings 820 and the outer rings 820b and 800b of the bearing 800 by the fastening force according to the position. At the same time, a preload is also applied to the piezoelectric element 920. As a result, a predetermined preload is applied to the bearings 800 and 820 and the piezoelectric element 920, and a gap 940 is formed between the outer rings of the bearings 800 and 820 as a distance between the axial directions.

圧電素子920は、リード線(図示せず)を介してコントローラとしてのパソコン(PC)430(図17参照)に接続されており、パソコン430からの電圧に応じて回転軸540の長手方向(軸方向)に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子920は、パソコン430からの印加電圧に応答して、回転軸540の軸方向に沿って伸縮し、回転軸540をその軸方向に沿って微動させるようになっている。回転軸540が軸方向に沿って微動すると、この微動がねじ軸520を介してインジェクタ340に伝達され、インジェクタ340の位置が微調整されることになる。   The piezoelectric element 920 is connected to a personal computer (PC) 430 (see FIG. 17) as a controller via a lead wire (not shown), and the longitudinal direction (axis) of the rotating shaft 540 according to the voltage from the personal computer 430. It is configured as one element of a piezoelectric actuator that expands and contracts along the direction). That is, the piezoelectric element 920 expands and contracts along the axial direction of the rotating shaft 540 in response to an applied voltage from the personal computer 430 and finely moves the rotating shaft 540 along the axial direction. When the rotating shaft 540 is finely moved along the axial direction, this fine movement is transmitted to the injector 340 via the screw shaft 520, and the position of the injector 340 is finely adjusted.

上述のように、ナット回転型アクチュエータ170は、中空モータ700によりボールねじナット600の回転運動をねじ軸520の直線運動に変換しねじ軸520を直動するが、ねじ軸520取り付けられたインジェクタ340は、中空モータ700の駆動時にリニアガイド660により回転せず、回り止めの機能を有している。このため、中空モータ700の駆動によりインジェクタ340が直線往復運動できる。   As described above, the nut rotary actuator 170 converts the rotational motion of the ball screw nut 600 into the linear motion of the screw shaft 520 by the hollow motor 700 and directly moves the screw shaft 520, but the injector 340 attached to the screw shaft 520. Is not rotated by the linear guide 660 when the hollow motor 700 is driven, and has a function of preventing rotation. For this reason, the injector 340 can reciprocate linearly by driving the hollow motor 700.

図14,図15のナット回転型アクチュエータ170は、中空モータ700を駆動することで、インジェクタ340を駆動し顕微鏡視野中央部ヘセットし、また、顕微鏡視野中央部から退避する機能を有し、圧電素子920を駆動することで、インジェクタ340の先端に取り付けたガラスキャピラリ341(図13)による細胞(卵)に対する穿孔動作をアシストすることができる。   14 and 15 has a function of driving the hollow motor 700 to drive the injector 340 to set it at the center of the microscope visual field and to retract from the central part of the microscope visual field. By driving 920, the perforating operation on the cell (egg) by the glass capillary 341 (FIG. 13) attached to the tip of the injector 340 can be assisted.

次に、図12の試料ステージ110について図16を参照して説明する。図16は、図12の試料ステージ110を示す斜視図である。図16のように、試料ステージ110は、2つの1軸アクチュエータ111,112が2軸方向に配置され、試料台113を2軸方向に移動させるように構成され、図12の倒立顕微鏡120に取り付けられている。試料ステージ110を駆動する各アクチュエータ111,112の各モータの軸端には手動ノブ111a,112aがそれぞれ取り付けられており、各モータの励磁を切ることにより手動操作も可能となっている。   Next, the sample stage 110 in FIG. 12 will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a perspective view showing the sample stage 110 of FIG. As shown in FIG. 16, the sample stage 110 is configured such that two uniaxial actuators 111 and 112 are arranged in the biaxial direction and the sample stage 113 is moved in the biaxial direction, and is attached to the inverted microscope 120 in FIG. It has been. Manual knobs 111a and 112a are respectively attached to the shaft ends of the motors of the actuators 111 and 112 that drive the sample stage 110, and manual operation is also possible by turning off the excitation of the motors.

次に、図12のマニピュレータシステム500を制御するコントローラとしてのパソコンについて図17を参照して説明する。図17は、図12〜図16のマニピュレータシステム500についてのパソコンによる制御系を説明するための要部ブロック図である。   Next, a personal computer as a controller for controlling the manipulator system 500 of FIG. 12 will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a principal block diagram for explaining a control system by a personal computer for the manipulator system 500 of FIGS.

図17のパソコン(パーソナルコンピュータ)430は、各種制御を行うCPU(中央演算処理装置)431と、記憶装置に格納されておりマニピュレータシステム500の使用時に読み出されるプログラム432と、液晶パネルやCRT等からなる表示部433と、ハードディスクや光ディスク等の記録媒体に顕微鏡画像等を保存可能な記憶部430aと、インターネット等のネットワークを介して外部との通信のインターフェースである通信部430bと、を備える。また、操作者により操作されるジョイスティック470及びマウス470aは、パソコン430にネットワークを介して接続可能な別のパソコンへの入力手段である。パソコン430は、CPU431によりプログラム432の動作及びネットワークを介して外部から通信部430bで受信したジョイスティック470やマウス470aの各操作による操作信号に基づいてマニピュレータシステム500の各部分を制御する。   17 includes a CPU (Central Processing Unit) 431 that performs various controls, a program 432 that is stored in a storage device and that is read when the manipulator system 500 is used, a liquid crystal panel, a CRT, and the like. A display unit 433, a storage unit 430a capable of storing a microscope image or the like in a recording medium such as a hard disk or an optical disk, and a communication unit 430b which is an interface for communication with the outside via a network such as the Internet. The joystick 470 and the mouse 470a operated by the operator are input means to another personal computer that can be connected to the personal computer 430 via a network. The personal computer 430 controls each part of the manipulator system 500 based on the operation signal of the operation of the joystick 470 and mouse 470a received by the communication unit 430b from the outside by the CPU 431 through the operation of the program 432 and the network.

すなわち、パソコン430は、信号発生器438を駆動し、その信号によりピエゾアンプ434を介してナット回転型アクチュエータ170のピエゾ素子からなる圧電素子920を駆動する。また、パソコン430は、端子台ボックス435を介してナット回転型アクチュエータ170と電動3軸マニピュレータ140,160と試料ステージ110と顕微鏡120のハンドルを電動で回転させる焦点合わせアクチュエータ436とにそれぞれ電気的に接続されており、ナット回転型アクチュエータ170の中空モータ700、電動3軸マニピュレータ160の各1軸アクチュエータ161〜163、試料ステージ110の各1軸アクチュエータ111,112及び焦点合わせアクチュエータ436がそれぞれ駆動されるようになっている。また、顕微鏡120に関し、対物レンズのレボルバ部や光源の光量調整も電動駆動するようにしてもよい。   That is, the personal computer 430 drives the signal generator 438, and drives the piezoelectric element 920 that is a piezoelectric element of the nut rotary actuator 170 via the piezoelectric amplifier 434 according to the signal. Further, the personal computer 430 is electrically connected to the nut rotary actuator 170, the electric triaxial manipulators 140 and 160, the sample stage 110, and the focusing actuator 436 for electrically rotating the handle of the microscope 120 via the terminal block box 435, respectively. The hollow motor 700 of the nut rotary actuator 170, the uniaxial actuators 161 to 163 of the electric triaxial manipulator 160, the uniaxial actuators 111 and 112 of the sample stage 110, and the focusing actuator 436 are respectively connected. It is like that. Further, regarding the microscope 120, the revolver unit of the objective lens and the light amount adjustment of the light source may be electrically driven.

また、マニピュレータ160には、インジェクタ340の圧力調整を行うシリンジモータが含まれ、そのモータが同様に駆動制御されることでシリンジの圧力を調整することができる。また、顕微鏡120には撮像素子から構成されたカメラ437が配置されており、カメラ437により撮像された顕微鏡画像がパソコン430の表示部433に表示される。   Further, the manipulator 160 includes a syringe motor that adjusts the pressure of the injector 340, and the pressure of the syringe can be adjusted by driving and controlling the motor similarly. The microscope 120 is provided with a camera 437 configured with an image sensor, and a microscope image captured by the camera 437 is displayed on the display unit 433 of the personal computer 430.

また、ホールディング用のマニピュレータ140も同様に駆動されるが、マニピュレータ140にはホールディングキャピラリの圧力(陰圧)調整を行うシリンジモータが含まれ、そのモータが同様に駆動制御されることでシリンジの圧力(陰圧)を調整することができる。   The holding manipulator 140 is also driven in the same manner, but the manipulator 140 includes a syringe motor that adjusts the pressure (negative pressure) of the holding capillary. (Negative pressure) can be adjusted.

次に、図17のジョイスティックについて図18を参照して説明する。図18は、図17のジョイスティックの例を示す斜視図である。   Next, the joystick in FIG. 17 will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a perspective view showing an example of the joystick of FIG.

上述のマニピュレータシステム500は、少なくとも2つのジョイスティック470を使用して操作される。ジョイスティック470は、一例として図18に示すようなハンドル479と複数のボタン471〜477が配置されたものを使用する。   The manipulator system 500 described above is operated using at least two joysticks 470. As an example, a joystick 470 having a handle 479 and a plurality of buttons 471 to 477 as shown in FIG. 18 is used.

図18のジョイスティック470のハンドル479と複数のボタン471〜477によりマニピュレータシステム500において次の表1のような操作を実行できるようになっている。ハンドル479は、右方向R、左方向Lに傾斜させる(倒す)ことでマニュピレータ140,160をX軸方向、Y軸方向に駆動でき、回転させる(ひねる)ことでZ軸方向に駆動できる。なお、表1において、4方向のハットスイッチ477の「⇔」は、左右方向の2つのスイッチであり、同じく「↓↑」は、上下方向の2つのスイッチである。また、陰圧+、圧力+は各シリンジモータによる圧力絶対値の増加、陰圧−、圧力−は圧力絶対値の減少である。微動駆動Z+、−は、Z軸方向に対する移動量の増加、減少である。   The operation shown in Table 1 below can be executed in the manipulator system 500 by the handle 479 and the plurality of buttons 471 to 477 of the joystick 470 shown in FIG. The handle 479 can be driven in the X-axis direction and the Y-axis direction by tilting (tilting) in the right direction R and the left direction L, and can be driven in the Z-axis direction by rotating (twisting). In Table 1, “⇔” of the four-direction hat switch 477 is two switches in the left-right direction, and “↓ ↑” is two switches in the up-down direction. Negative pressure + and pressure + are increases in the absolute pressure value by each syringe motor, and negative pressure-and pressure-are decreases in the absolute pressure value. The fine movement drive Z +, − is an increase or decrease in the movement amount with respect to the Z-axis direction.

Figure 2009078345
Figure 2009078345

なお、表1のようなハンドル479と複数のボタン471〜477の各操作に対するレイアウトは、操作者が使い易いように適宜変更が可能である。また、細胞操作で圧電素子920を駆動する際、複数のパラメータで駆動する必要が生じる可能性があるが、その場合は、同様のボタンを追加等することにより対応できる。   Note that the layout for each operation of the handle 479 and the plurality of buttons 471 to 477 as shown in Table 1 can be changed as appropriate so that the operator can easily use the layout. In addition, when the piezoelectric element 920 is driven by cell operation, it may be necessary to drive with a plurality of parameters. In this case, it can be dealt with by adding a similar button.

また、使用するジョイスティック470は、ハンドル479を倒す(傾斜させる)度合いに応じて速度調整し、離すとマニピュレータ140,160の駆動を停止するタイプでもよいし(速度指令型)、ハンドル479を倒した分だけマニピュレータ140,160を駆動するタイプでもよい(位置制御型)。また、上述のような操作に用いるインターフェイスは、ジョイスティック以外に、例えば、図17のマウス470aとして複数ボタンが存在する2次元または3次元マウスを使用してもよい。   The joystick 470 to be used may be of a type that adjusts the speed according to the degree of tilting (tilting) of the handle 479, and stops driving the manipulators 140, 160 when released (speed command type), or tilted the handle 479. A type that drives the manipulators 140 and 160 as much as possible (position control type) may be used. In addition to the joystick, for example, a two-dimensional or three-dimensional mouse having a plurality of buttons may be used as the mouse 470a in FIG.

次に、パソコン430の表示部433に表示されるコントローラ画面について図19を参照して説明する。図19は図17のパソコン430の表示部433に表示されるコントローラ画面の一例を示す図である。   Next, a controller screen displayed on the display unit 433 of the personal computer 430 will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a diagram showing an example of a controller screen displayed on the display unit 433 of the personal computer 430 in FIG.

パソコン430の表示部433のコントローラ画面上には、上述の図10と同様にカメラ437による顕微鏡画像を少なくとも2画面で表示するようになっており、例えば、図19のように、顕微鏡画像を第1表示画面433aに標準倍率で、第2表示画面433bに拡大倍率でそれぞれ表示できるようになっている。図19の例では、マニピュレータシステム500で卵Dが操作され、ガラス製のホールディングキャピラリ342に陰圧で保持された卵Dに対しインジェクタ340の先端のインジェクションキャピラリ341が穿孔動作した状態を第1表示画面433aに標準倍率で表示し、第2表示画面433bに拡大倍率で表示している。これにより、図10と同様に低倍率の顕微鏡画像と高倍率の顕微鏡画像とを参照するとき、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータシステム500による迅速な操作処理が可能となるとともに、常に標準倍率の画像で顕微鏡下の細胞(卵)等の試料の状態を把握しながら、拡大倍率の画像で微細な操作を行うことができる。   On the controller screen of the display unit 433 of the personal computer 430, the microscope image by the camera 437 is displayed on at least two screens as in FIG. 10 described above. For example, as shown in FIG. The first display screen 433a can be displayed at a standard magnification, and the second display screen 433b can be displayed at an enlargement magnification. In the example of FIG. 19, the egg D is operated by the manipulator system 500, and a state in which the injection capillary 341 at the tip of the injector 340 has perforated the egg D held in the glass holding capillary 342 by the negative pressure is displayed for the first time. The image is displayed on the screen 433a at the standard magnification, and is displayed at the enlargement magnification on the second display screen 433b. As a result, when referring to a low-magnification microscopic image and a high-magnification microscopic image as in FIG. 10, there is no need to change the display magnification of the microscopic image, and the manipulator system 500 can perform a quick operation process. It is possible to perform fine operations with an image with an enlarged magnification while always grasping the state of a sample such as a cell (egg) under a microscope with an image with a standard magnification.

表示部433のコントローラ画面には、図19に示すように、略中央左右に第1,第2表示画面433a,433bが配置されるとともに、その下側に動作状態表示パネル433cが配置され、その上側には、画像操作パネル433d,試料ステージ操作パネル433e及びマニピュレータ操作パネル433fが配置されており、マウス470aによりそれぞれ操作が可能になっている。   On the controller screen of the display unit 433, as shown in FIG. 19, the first and second display screens 433a and 433b are arranged at substantially the center left and right, and the operation state display panel 433c is arranged below the first display screen 433c. On the upper side, an image operation panel 433d, a sample stage operation panel 433e, and a manipulator operation panel 433f are arranged and can be operated by a mouse 470a.

動作状態表示パネル433cには、マニピュレータ140,160の実際のXYZ位置座標等が表示部433gに表示され、また、ジョイスティック470のボタン操作時に、どのボタンを押しているかを認識可能な表示部433hが配置されており、画像をみながら操作状態を把握することができ、さらに、マニピュレータ140,160の電動・手動の切り替え部433i及び休止ボタン433jが配置されている。   On the operation state display panel 433c, an actual XYZ position coordinate of the manipulators 140 and 160 is displayed on the display unit 433g, and a display unit 433h that can recognize which button is being pressed when the joystick 470 is operated is disposed. The operation state can be grasped while viewing the image, and an electric / manual switching unit 433i and a pause button 433j of the manipulators 140 and 160 are arranged.

また、画像操作パネル433dには、第1,第2表示画面433a,433bにおける画像の倍率メニュー433k及び画像の表示位置メニュー433mが配置されており、操作者が画像の倍率や表示位置を調整可能となっている。また、顕微鏡画像はコントローラ画面上でのマウス470aによる操作で記憶部430aに保存でき、また、コントローラ画面上のボタンを押すことで、動画保存も可能である。   The image operation panel 433d is provided with an image magnification menu 433k and an image display position menu 433m on the first and second display screens 433a and 433b, and the operator can adjust the image magnification and display position. It has become. The microscope image can be saved in the storage unit 430a by an operation with the mouse 470a on the controller screen, and a moving image can be saved by pressing a button on the controller screen.

また、試料ステージ操作パネル433eには、試料ステージ110の駆動パラメータを調整するメニュー433nに加えて、XY駆動、原点復帰等操作が可能なボタンが配置されている。試料ステージ110は表示画面433a,433b上の顕微鏡画像を見ながらボタン操作により駆動できる。例えば、ボタンを押している間だけ+X方向に動かすことができる。   In addition to the menu 433n for adjusting the drive parameter of the sample stage 110, the sample stage operation panel 433e is provided with buttons that can be operated such as XY drive and return to origin. The sample stage 110 can be driven by a button operation while viewing a microscope image on the display screens 433a and 433b. For example, it can be moved in the + X direction only while the button is pressed.

また、マニピュレータ操作パネル433fには、マニピュレータ140,160の駆動パラメータを調整するメニュー433pがあり、操作者が好みのパラメータに設定して使用することができる。また、マニピュレータ操作パネル433fには、図13〜図15のナット回転型アクチュエータ170を駆動するボタン433qが配置されている。このボタン433qを押すことで、予め設定したストロークでナット回転型アクチュエータ170が駆動し、インジェクタ340を顕微鏡中心部ヘセットし、また、退避させることができる。   The manipulator operation panel 433f has a menu 433p for adjusting the driving parameters of the manipulators 140 and 160, and can be used by the operator by setting the parameters as desired. The manipulator operation panel 433f is provided with a button 433q for driving the nut rotary actuator 170 shown in FIGS. By pressing the button 433q, the nut rotary actuator 170 is driven with a preset stroke, and the injector 340 can be set at the center of the microscope and retracted.

なお、ナット回転型アクチュエータ170及び試料ステージ110は、上述のように図19のコントローラ画面上のボタン操作により行うことができるが、ジョイスティック470等で行うようにしてもよい。   The nut rotary actuator 170 and the sample stage 110 can be performed by button operation on the controller screen of FIG. 19 as described above, but may be performed by the joystick 470 or the like.

特許文献3のような従来のマニピュレータシステムによれば、顕微鏡設置場所にジョイスティック等を設置し、接眼レンズを操作者がのぞきながら操作するが、このような操作では、ジョイスティックの操作を目視しないまま行わざるを得ないので、使用するには熟練した技術が必要となるのに対し、上述のマニピュレータシステム500によれば、表示部433のコントローラ画面をみながらジョイスティック470の操作も目視できるとともに、コントローラ画面にもジョイスティック470の操作状態が表示されるので、マニピュレータシステム500を簡単かつ確実に使用することができる。   According to a conventional manipulator system such as Patent Document 3, a joystick or the like is installed at a microscope installation location, and the operator operates while looking through the eyepiece lens. In such an operation, the operation of the joystick is performed without visual observation. In order to use it, a skilled technique is required. However, according to the above-described manipulator system 500, the operation of the joystick 470 can be visually observed while viewing the controller screen of the display unit 433. In addition, since the operation state of the joystick 470 is displayed, the manipulator system 500 can be used easily and reliably.

次に、本実施形態による遠隔操作可能なマニピュレーションシステムについて図20を参照して説明する。図20は、第3の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。   Next, a remotely operable manipulation system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a conceptual diagram for explaining a manipulation system that can be remotely operated via a network according to the third embodiment.

図20に示すように、本実施形態によるマニピュレーションシステム901は、ネットワーク通信により上述のマニピュレータシステム500を遠隔操作可能に構成したものである。   As shown in FIG. 20, a manipulation system 901 according to the present embodiment is configured such that the above-described manipulator system 500 can be remotely operated by network communication.

マニピュレーションシステム901では、マニピュレータシステム500及びコントローラとしてのパソコンPC1を端子台ボックス435の各コネクタに接続する。PC1は、図17のパソコン430と同じであってよいが、図20ではマニピュレータシステム500の制御のためのプログラム(1)がインストールされている。   In the manipulation system 901, the manipulator system 500 and the personal computer PC1 as a controller are connected to each connector of the terminal block box 435. The PC 1 may be the same as the personal computer 430 in FIG. 17, but in FIG. 20, a program (1) for controlling the manipulator system 500 is installed.

さらに、マニピュレーションシステム901では、図20のように、遠隔操作のためのパソコンPC2を別途用意し、PC1とともにネットワークNに接続可能にする。ネットワークNとしては、インターネットであってよいが、専用回線や特定領域に設けられたネットワーク等であってもよい。   Further, in the manipulation system 901, as shown in FIG. 20, a personal computer PC2 for remote operation is separately prepared and can be connected to the network N together with the PC1. The network N may be the Internet, but may also be a dedicated line or a network provided in a specific area.

遠隔操作のためのパソコンPC2は、インターネット等のネットワークNを介して外部との通信のインターフェースである通信部PC21と、液晶パネルやCRT等からなり顕微鏡画像や制御プログラムとしてのコントロール画面をWebページで表示可能な表示部PC22と、各種制御を行う中央演算処理装置(CPU)PC23と、を備え、操作者により操作されるインターフェイスPC24が指令入力手段として接続されている。   The personal computer PC2 for remote operation includes a communication unit PC21 which is an interface for communication with the outside via a network N such as the Internet, a liquid crystal panel, a CRT, etc., and a control screen as a microscope image and a control program on a Web page. A display unit PC22 that can be displayed and a central processing unit (CPU) PC23 that performs various controls, and an interface PC24 that is operated by an operator are connected as command input means.

パソコンPC2は、ネットワークNを介してPC1と接続し、図20の通信AによりPC1から送信された画像情報及びコントローラ情報を受信し、表示部PC22に顕微鏡画像や制御プログラム画面を表示するとともに、通信BによりPC1に対しインターフェイスPC24から入力されたインターフェイス情報を送信し、PC1は受信したインターフェイス情報に基づいてマニピュレータシステム500を操作する。   The personal computer PC2 is connected to the PC1 via the network N, receives image information and controller information transmitted from the PC1 by communication A in FIG. 20, displays a microscope image and a control program screen on the display unit PC22, and communicates with each other. The interface information input from the interface PC 24 is transmitted to the PC 1 by B, and the PC 1 operates the manipulator system 500 based on the received interface information.

インターフェイスPC24は、例えば、ジョイスティック470(図17,図18)やマウス470a(図17)であってよく、ジョイスティック470の場合は、図18のハンドル479と複数のボタン471〜477を上述の表1と同様の操作に割り当てることができる。   The interface PC 24 may be, for example, a joystick 470 (FIGS. 17 and 18) or a mouse 470a (FIG. 17). In the case of the joystick 470, the handle 479 and the plurality of buttons 471 to 477 in FIG. Can be assigned to the same operation.

図20のマニピュレーションシステム901における遠隔操作について説明する。まず、図12のマニピュレータシステム500に、マニピュレータ操作に必要なインジェクションキャピラリ341(図13,図19)、ホールディングキャピラリ342(図19)やサンプルの入ったシャーレ等をセッティングすることで、マニピュレーションを実行できる状態とする。   The remote operation in the manipulation system 901 in FIG. 20 will be described. First, manipulator can be executed by setting an injection capillary 341 (FIGS. 13 and 19), a holding capillary 342 (FIG. 19) and a petri dish containing a sample necessary for manipulator operation in the manipulator system 500 of FIG. State.

次に、PC1及びPC2を起動しネットワークNを介して接続するとともに、図20のPC1でマニピュレータシステム500を駆動するためのプログラム(1)を起動する。起動したプログラム(1)自体を遠隔操作するため、PC1からネットワークNを介してPC2にコントローラ情報が送信されると、PC2の表示部PC22にWebページによる制御プログラム画面が表示される。また、カメラ437で撮像した顕微鏡画像情報がPC1からネットワークNを介してPC2に送信されて表示部PC22に表示される。このような構成でプログラム(1)を実行すると、PC2に接続しているインターフェイスPC24からの指令入力信号によりマニピュレータシステム500を制御でき、かつ、PC1上で起動しているプログラム(1)はPC2上に開いたWebページ内に表示されて制御可能となっているため、マニピュレータシステム500の全ての操作をPC2上で行うことができる。このようにして、PC2によりマニピュレータシステム500を遠隔操作することができる。なお、PC2の表示部PC22の制御プログラム画面(コントローラ画面)は図19のような画面表示の構成であってよいが、図19の例に限定されるものではない。   Next, PC1 and PC2 are activated and connected via the network N, and a program (1) for driving the manipulator system 500 is activated by the PC1 of FIG. When the controller information is transmitted from the PC 1 to the PC 2 via the network N in order to remotely operate the activated program (1) itself, a control program screen based on a Web page is displayed on the display unit PC22 of the PC 2. Microscope image information captured by the camera 437 is transmitted from the PC 1 to the PC 2 via the network N and displayed on the display unit PC22. When the program (1) is executed in such a configuration, the manipulator system 500 can be controlled by a command input signal from the interface PC24 connected to the PC2, and the program (1) activated on the PC1 is executed on the PC2. Therefore, all operations of the manipulator system 500 can be performed on the PC 2. In this way, the manipulator system 500 can be remotely operated by the PC 2. Note that the control program screen (controller screen) of the display unit PC22 of the PC 2 may have a screen display configuration as shown in FIG. 19, but is not limited to the example of FIG.

図21により図20の変形例を説明する。図21のように、PC2にはインターフェイスPC24からの信号でマニピュレータシステム500を制御するためのプログラム(2)がインストールされており、プログラム(2)を起動し、PC2でインターフェイスPC24から指令入力信号を入力すると、プログラム(2)でインターフェイス情報をPC1に送信し、PC1のプログラム(1)がネットワークN経由でプログラム(2)から送信されたインターフェイス情報を読み取ることで、マニピュレータシステム500の全ての操作をPC2上で行うことができる。   A modification of FIG. 20 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 21, a program (2) for controlling the manipulator system 500 by a signal from the interface PC24 is installed in the PC2, and the program (2) is started, and a command input signal is sent from the interface PC24 to the PC2. When input, the interface information is transmitted to the PC 1 by the program (2), and the program (1) of the PC 1 reads the interface information transmitted from the program (2) via the network N, thereby performing all operations of the manipulator system 500. This can be done on PC2.

次に、本実施形態による遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例について図22を参照して説明する。図22は、第3の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例を説明するための概念図である。   Next, another example of a remotely operable manipulation system according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a conceptual diagram for explaining another example of a manipulation system that can be remotely operated via a network according to the third embodiment.

図22に示すマニピュレーションシステム902は、図20と比べて、画像情報通信のために別のプログラムにより通信するものである。すなわち、上述の図20では、プログラム(1)に顕微鏡からの顕微鏡画像を表示するプログラムが内蔵された構成であるため、ネットワーク通信の方法等によっては、プログラム(1)によるコントロール画面(制御プログラム画面)をWebページで表示しコントロール画面上で制御し画像情報を転送する際に、通信するデータ容量が大きくなってしまう。そこで、図22のように、画像情報通信用にPC1,PC2に別途ポートを設置し、画像情報をPC1にインストールしたプログラム(3−1)及びPC2にインストールしたプログラム(3−2)によりネットワーク通信Fにより通信する。また、PC2からPC1へのインターフェイス情報及びPC1からPC2へのコントローラ情報はネットワーク通信Gにより図20と同様に通信する。   The manipulation system 902 shown in FIG. 22 communicates with another program for image information communication as compared with FIG. That is, in FIG. 20 described above, since the program (1) has a built-in program for displaying a microscope image from the microscope, a control screen (control program screen) by the program (1) may be used depending on the network communication method. ) Is displayed on the Web page and is controlled on the control screen to transfer the image information, the data capacity for communication becomes large. Therefore, as shown in FIG. 22, separate ports are installed in the PC1 and PC2 for image information communication, and network communication is performed by the program (3-1) installed in the PC1 and the program (3-2) installed in the PC2. Communicate with F. Further, interface information from the PC 2 to the PC 1 and controller information from the PC 1 to the PC 2 are communicated by the network communication G in the same manner as in FIG.

図22のマニピュレーションシステム902によれば、PC2でマニピュレータシステム500を遠隔操作する際に、画像情報の通信が円滑になり、かつ、マニピュレータ操作時の通信におけるタイムラグを低減することができる。   According to the manipulation system 902 of FIG. 22, when remotely manipulating the manipulator system 500 with the PC 2, communication of image information becomes smooth and a time lag in communication at the time of manipulator operation can be reduced.

図23により図22の変形例を説明する。図23の例は、図22においてPC2にインターフェイスPC24からの信号でマニピュレータシステム500を制御するためのプログラム(2)を図21と同様にインストールしたものである。本実施形態のその他の例として、図21のプログラム(2)内に画像情報通信のためのプログラムを挿入し使用するようにしてもよく、これによって、マニピュレータシステム500を駆動するためのWebページ上の操作に対する負荷を低減することができる。   A modification of FIG. 22 will be described with reference to FIG. The example of FIG. 23 is obtained by installing a program (2) for controlling the manipulator system 500 with a signal from the interface PC 24 in the PC 2 in FIG. As another example of the present embodiment, a program for image information communication may be inserted and used in the program (2) of FIG. 21, and thereby, on the Web page for driving the manipulator system 500 The load on the operation can be reduced.

以上のように、図20〜図23のマニピュレーションシステム901,902によれば、マニピュレータシステム500を遠隔操作することができるので、マニピュレータシステム500をクリーンベンチ内で使用する場合に、操作者は、操作者の上肢をクリーンベンチ内に入れて操作する必要がなくなり、また、クリーンルームで作業する必要がある場合に、操作者はクリーンスーツを着てインジェクション作業する必要がなくなり、このため、操作者に対する負担を軽減できる。また、制約された環境下でマニピュレータシステム500を使用して作業する場合にも、マニピュレータシステム500を遠隔操作することで、かかる制約された環境下でもマニピュレータシステム500を使用できる。また、距離的に遠く離れた場合でもPC1,PC2がネットワークに接続可能であれば、遠隔操作が可能となる。   As described above, according to the manipulation systems 901 and 902 of FIGS. 20 to 23, the manipulator system 500 can be remotely operated. Therefore, when the manipulator system 500 is used in the clean bench, the operator The operator's upper limbs are no longer required to be operated in the clean bench, and when the operator needs to work in a clean room, the operator does not need to wear a clean suit to perform the injection work. Can be reduced. In addition, even when working using the manipulator system 500 in a restricted environment, the manipulator system 500 can be used in such a restricted environment by remotely operating the manipulator system 500. Further, even if the PC 1 and PC 2 can be connected to the network even when they are far away from each other, remote operation is possible.

また、熟練した技術者がマニピュレータシステム500の傍にいなくてもインジェクション操作することが可能になり、マニピュレータシステム500が設置されている場所に操作者がいる必要がなく、他の者がインジェクションキャピラリ341やホールディングキャピラリ342やサンプルの入ったシャーレ等の準備のみすれば、操作可能となる。   Further, an injection operation can be performed even if a skilled engineer is not near the manipulator system 500, so that there is no need for an operator at the place where the manipulator system 500 is installed, and another person can perform the injection capillary. Operation is possible only by preparing 341, holding capillary 342, and a petri dish containing a sample.

〈第4の実施形態〉
図24は第4の実施形態によるマニピュレータシステムについての制御系を説明するための要部ブロック図である。図25は図24のマニピュレータシステムで使用可能なワイヤレスインターフェイスの例を示す平面図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 24 is a principal block diagram for explaining a control system for the manipulator system according to the fourth embodiment. FIG. 25 is a plan view showing an example of a wireless interface that can be used in the manipulator system of FIG.

第4の実施形態によるマニピュレータシステムは、図12〜図16と同様の構成であるが、マニュピレータの操作手段としてワイヤレスのインターフェイスを用いたものである。すなわち、図24のように、本実施形態によるマニピュレータシステム501は、インジェクション用マニピュレータ160を主に操作するための操作信号をワイヤレスで送信する第1ワイヤレス操作部430d及びホールディング用マニピュレータ140を主に操作するための操作信号をワイヤレスで送信する第2ワイヤレス操作部430eを備える。パソコン430は、第1ワイヤレス操作部430d及び第2ワイヤレス操作部430eからの操作信号を受信する受信部430cを備え、かかる受信した操作信号に基づいてマニピュレータシステム501の各部分を制御する。各ワイヤレス操作部430d,430eは電波や赤外線により無線で操作信号を送信する。   The manipulator system according to the fourth embodiment has the same configuration as that shown in FIGS. 12 to 16, but uses a wireless interface as the manipulator operation means. That is, as shown in FIG. 24, the manipulator system 501 according to the present embodiment mainly operates the first wireless operation unit 430d and the holding manipulator 140 that wirelessly transmits an operation signal for mainly operating the injection manipulator 160. A second wireless operation unit 430e that wirelessly transmits an operation signal for performing the operation. The personal computer 430 includes a receiving unit 430c that receives operation signals from the first wireless operation unit 430d and the second wireless operation unit 430e, and controls each part of the manipulator system 501 based on the received operation signals. Each of the wireless operation units 430d and 430e transmits an operation signal wirelessly by radio waves or infrared rays.

第1ワイヤレス操作部430d及び第2ワイヤレス操作部430eとして、例えば、図25のようなワイヤレスのポインタ及びマウスが一体となったワイヤレスインターフェイスを使用する。図25のワイヤレスインターフェイスは、マウス機能とポインタ機能とを有し、手動されるクリック部KRと複数のボタン部BTとを備え、机上で使用するときにはマウス機能を有し、空中で操作してもポインタ機能を有するようになっている。マウス機能時は光学センサで機能し、空中操作時はワイヤレスインターフェイス中のジャイロセンサ等が機能し操作可能となる。マニピュレータ140,160を使用するときは、ポインタ機能により手動で発生する操作信号をパソコン430が受信し検知し、マニピュレータ140,160を操作する。試料ステージ110を駆動する場合は、図25のワイヤレスインターフェイスを机上に置き、マウス機能を使用し操作する。その他のマニピュレータシステム501内のアクチュエータやインジェクタは複数のボタン部BUを用いて操作する。   As the first wireless operation unit 430d and the second wireless operation unit 430e, for example, a wireless interface in which a wireless pointer and a mouse are integrated as shown in FIG. 25 is used. The wireless interface shown in FIG. 25 has a mouse function and a pointer function, and includes a click part KR that is manually operated and a plurality of button parts BT. The wireless interface has a mouse function when used on a desk and can be operated in the air. It has a pointer function. When the mouse function is used, it functions as an optical sensor, and when operating in the air, the gyro sensor or the like in the wireless interface functions and can be operated. When using the manipulators 140 and 160, the personal computer 430 receives and detects an operation signal generated manually by the pointer function, and operates the manipulators 140 and 160. When driving the sample stage 110, the wireless interface of FIG. 25 is placed on a desk and operated using a mouse function. The other actuators and injectors in the manipulator system 501 are operated using a plurality of button units BU.

パソコン430は、図25のワイヤレスインターフェイスの使用状態を検知し、現状どちらのモード(机上、空中)で操作しているかを判断し、また、ポインタ機能によるポインタの位置を認識しその位置に従ってマニピュレータシステム501を駆動する。操作者はポインタを表示部43に表示された画像上に置き、任意に動かして操作する。   The personal computer 430 detects the use state of the wireless interface of FIG. 25, determines which mode (desktop or air) is currently operated, recognizes the position of the pointer by the pointer function, and manipulator system according to the position 501 is driven. The operator places the pointer on the image displayed on the display unit 43, and operates it by arbitrarily moving it.

なお、ポインタの小さな動きを検知し、誤動作を招く可能性があるため、操作時は、ワイヤレスインターフェイス中のボタンを押している間だけ、マニピュレータシステム501を駆動可能にして操作することが好ましい。また、図25のワイヤレスインターフェイスにおいてボタン部BUの個数を必要に応じて増やすことで、マニピュレータシステム501における各種の操作が可能となる。また、図25のワイヤレスインターフェイスは一例であり、インターフェイスの形状、種類は問わず、他の形状・種類のものを使用できる。   In addition, since a small movement of the pointer may be detected and a malfunction may be caused, it is preferable to operate the manipulator system 501 so that the manipulator system 501 can be driven only while the button in the wireless interface is being pressed. In addition, various operations in the manipulator system 501 can be performed by increasing the number of button units BU as necessary in the wireless interface of FIG. In addition, the wireless interface in FIG. 25 is an example, and other shapes and types can be used regardless of the shape and type of the interface.

第1ワイヤレス操作部430d及び第2ワイヤレス操作部430eを図25のワイヤレスインターフェイス1個で構成してもよく、この場合、図25のワイヤレスインターフェイスを空中で操作する場合はインジェクション用マニピュレータ160を駆動し、机上で操作する場合はホールディング用マニピュレータ140を駆動するように使用してもよい(逆でもよい)。   The first wireless operation unit 430d and the second wireless operation unit 430e may be configured by one wireless interface of FIG. 25. In this case, when the wireless interface of FIG. 25 is operated in the air, the injection manipulator 160 is driven. When operating on a desk, the holding manipulator 140 may be driven (or vice versa).

第1ワイヤレス操作部430d及び第2ワイヤレス操作部430eを2個のワイヤレスインターフェイスから構成した場合、各ワイヤレスインターフェイスをインジェクション用、ホールディング用として使用するが、折衷で操作するようにしてもよく、この場合は空中で使用する場合はマニピュレータ駆動、机上で使用する場合は試料ステージ110等のアクチュエータを駆動するように使用してもよい(逆でもよい)。   When the first wireless operation unit 430d and the second wireless operation unit 430e are configured by two wireless interfaces, each wireless interface is used for injection and holding, but may be operated with compromise. May be used to drive a manipulator when used in the air, or to drive an actuator such as the sample stage 110 when used on a desk (or vice versa).

また、顕微鏡画像を表示部433上に映し出し、図10や図19のように、顕微鏡画像を標準倍率、拡大倍率の2種類を表示し、各画像上にポインタを当てて操作する際、各画像に対するマニピュレーションシステムの速度ゲインを設定するようにしてもよい。その結果、標準倍率の画像上にポインタを当てたときのマニピュレータの駆動よりも、拡大倍率の画像上にポインタを当てたとのマニピュレータの駆動を細かく操作できる。   In addition, the microscope image is displayed on the display unit 433, and as shown in FIGS. 10 and 19, the microscope image is displayed with two types of standard magnification and magnification, and each image is operated when the pointer is placed on the image. You may make it set the speed gain of the manipulation system to. As a result, the driving of the manipulator when the pointer is placed on the enlarged magnification image can be operated more finely than the driving of the manipulator when the pointer is placed on the standard magnification image.

本実施形態によれば、表示部433上に映し出された顕微鏡画像を見ながら、操作者が操作し易い姿勢・位置でマニピュレータシステム501を操作することができ、操作者への負担を軽減できる。また、顕微鏡120の近くで操作する必要がないため、操作者が操作する際に顕微鏡へ伝わる振動を軽減でき、振動に起因する顕微鏡120への悪影響を抑えることができる。   According to the present embodiment, the manipulator system 501 can be operated in a posture / position that is easy for the operator to operate while viewing the microscope image displayed on the display unit 433, and the burden on the operator can be reduced. Further, since there is no need to operate near the microscope 120, vibration transmitted to the microscope when the operator operates can be reduced, and adverse effects on the microscope 120 due to vibration can be suppressed.

第1の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the manipulator system by 1st Embodiment. 図1のXY軸テーブル36,Z軸テーブル38に付加される微動機構の例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a fine movement mechanism added to an XY axis table and a Z axis table in FIG. 図1のコントローラ43の制御系要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system principal part of the controller 43 of FIG. 図1,図3のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific example of the joystick of FIG. 1, FIG. 図1の顕微鏡ユニット12による顕微鏡視野を模式的に示し、卵子に対するインジェクションのための各ステップ(a)〜(d)を説明するための図である。It is a figure for showing typically a microscope field of view by microscope unit 12 of Drawing 1, and explaining each step (a)-(d) for injection to an ovum. 図3,図4のジョイスティックの代わりにマウスを用いた例を説明するために図1の表示部45の画面を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing the screen of the display unit 45 in FIG. 1 for explaining an example in which a mouse is used instead of the joysticks in FIGS. 3 and 4. 従来のマニピュレータの構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the conventional manipulator. 図7のマニピュレータの操作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation of the manipulator of FIG. 第2の実施形態による図1のコントローラ43の制御系要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system principal part of the controller 43 of FIG. 1 by 2nd Embodiment. 図9の表示部の分割された画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the divided | segmented screen of the display part of FIG. 図9のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the specific example of the joystick of FIG. 第3の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the manipulator system by 3rd Embodiment. 図12のインジェクション用電動3軸マニピュレータの概略的構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the electric triaxial manipulator for injection of FIG. 図13のナット回転型アクチュエータ170をθステージ164の平面と平行な面で切断してみた断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of the nut rotary actuator 170 of FIG. 13 cut along a plane parallel to the plane of the θ stage 164. 図13,図14のナット回転型アクチュエータ170の斜視図である。FIG. 15 is a perspective view of the nut rotary actuator 170 of FIGS. 13 and 14. 図12の試料ステージ110を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the sample stage 110 of FIG. 図12〜図16のマニピュレータシステム500についてのパソコンによる制御系を説明するための要部ブロック図である。It is a principal block diagram for demonstrating the control system by the personal computer about the manipulator system 500 of FIGS. 図17のジョイスティックの例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the example of the joystick of FIG. 図17のパソコン430の表示部433に表示されるコントローラ画面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the controller screen displayed on the display part 433 of the personal computer 430 of FIG. 第3の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the manipulation system which can be operated remotely via the network by 3rd Embodiment. 図20の変形例のマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the manipulation system of the modification of FIG. 第3の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating another example of the manipulation system which can be remotely operated via the network by 3rd Embodiment. 図22の変形例のマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the manipulation system of the modification of FIG. 第4の実施形態によるマニピュレータシステムについての制御系を説明するための要部ブロック図である。It is a principal part block diagram for demonstrating the control system about the manipulator system by 4th Embodiment. 図24のマニピュレータシステムで使用可能なワイヤレスインターフェイスの例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the wireless interface which can be used with the manipulator system of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 マニピュレータシステム、12 顕微鏡ユニット、14 ホールディング用マニピュレータ、16 インジェクション用マニピュレータ、18 カメラ、20 顕微鏡、25 ホールディングキャピラリ、35 インジェクションキャピラリ、43 コントローラ、制御部、44 微動機構、45 表示部、47 ジョイスティック、120 倒立顕微鏡、顕微鏡、140 ホールディング用マニピュレータ、マニピュレータ、150 圧電素子、160 インジェクション用マニピュレータ、マニピュレータ、170 ナット回転型アクチュエータ、340 インジェクタ、341 インジェクションキャピラリ、342 ホールディングキャピラリ、430 パソコン、コントローラ、433 表示部、437 カメラ、470 ジョイスティック、500,501 マニピュレータシステム、700 中空モータ、920 圧電素子、901,902 マニピュレーションシステム、D 卵子、細胞  DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Manipulator system, 12 Microscope unit, 14 Holding manipulator, 16 Injection manipulator, 18 Camera, 20 Microscope, 25 Holding capillary, 35 Injection capillary, 43 Controller, Control part, 44 Fine movement mechanism, 45 Display part, 47 Joystick, 120 Inverted microscope, microscope, 140 holding manipulator, manipulator, 150 piezoelectric element, 160 injection manipulator, manipulator, 170 nut rotary actuator, 340 injector, 341 injection capillary, 342 holding capillary, 430 personal computer, controller, 433 display unit, 437 Camera, 470 Joystick, 500,501 Manipulator system, 700 hollow motor, 920 piezoelectric element, 901, 902 Manipulation system, D egg, cell

Claims (16)

ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、
前記キャピラリの動作を制御する制御部と、
前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、
前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われることを特徴とするマニピュレータ。
A manipulator having a nano-positioner structure and capable of injecting a minute object by finely moving a capillary,
A control unit for controlling the operation of the capillary;
An operation unit operated by an operator to instruct the controller to operate the capillary,
The operation unit has a button operation unit that is executed by pressing at least a part of the instruction, and pressing the button operation unit performs at least a part of the injection operation by the capillary. A characteristic manipulator.
前記キャピラリによるインジェクション操作には、前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が含まれる請求項1に記載のマニピュレータ。   2. The manipulator according to claim 1, wherein the injection operation using the capillary includes a drilling operation for the micro object, an injection operation into the micro object, and an operation of removing the capillary from the micro object. 前記ボタン操作部を少なくとも2つ備え、前記微小対象物に対する穿孔動作及び前記微小対象物内へのインジェクション動作と、前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作と、が異なる前記ボタン操作部を別々に押すことで行われる請求項1または2に記載のマニピュレータ。   Provided with at least two button operation units, the button operation units that are different in the drilling operation for the minute object and the injection operation into the minute object and the operation for removing the capillary from the minute object are separately provided. The manipulator according to claim 1 or 2 performed by pushing. ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、
前記キャピラリの動作を制御する制御部と、
前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、
前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによる前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が自動的に連続して行われることを特徴とするマニピュレータ。
A manipulator having a nano-positioner structure and capable of injecting a minute object by finely moving a capillary,
A control unit for controlling the operation of the capillary;
An operation unit operated by an operator to instruct the controller to operate the capillary,
The operation unit has a button operation unit that is executed by pressing at least a part of the instruction, and when the button operation unit is pressed, a drilling operation for the micro object by the capillary is performed in the micro object. The manipulator is characterized in that the injection operation into the micro object and the operation of removing the capillary from the minute object are automatically and continuously performed.
前記ボタン操作部は前記操作部の近傍に配置されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載のマニピュレータ。   The manipulator according to any one of claims 1 to 4, wherein the button operation unit is disposed in the vicinity of the operation unit. 前記キャピラリを粗動駆動する粗動部と、前記キャピラリを微動駆動する微動部と、を備え、
前記操作部の操作に基づいて前記制御部が前記キャピラリの粗動と微動を切り換える請求項1乃至5のいずれか1項に記載のマニピュレータ。
A coarse movement part for coarsely driving the capillary, and a fine movement part for finely driving the capillary,
The manipulator according to any one of claims 1 to 5, wherein the control unit switches between coarse movement and fine movement of the capillary based on an operation of the operation unit.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のマニピュレータと、
前記微小対象物を保持するキャピラリの動作を行う別のマニピュレータと、を備えるマニピュレータシステム。
The manipulator according to any one of claims 1 to 6,
A manipulator system comprising: another manipulator that operates a capillary that holds the minute object.
微小な対象物を操作するマニピュレータと、
前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、
前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で得た前記対象物の顕微鏡画像を表示する表示部を有する画像表示装置と、を備え、
前記表示部の画面を分割し、各分割された画面に前記対象物の顕微鏡画像を表示することを特徴とするマニピュレータシステム。
A manipulator that operates a minute object;
A microscope for observing an enlarged image of the manipulated minute object;
An imaging unit for capturing an enlarged image by the microscope;
An image display device having a display unit for displaying a microscopic image of the object obtained by the imaging unit,
A manipulator system characterized by dividing a screen of the display unit and displaying a microscope image of the object on each of the divided screens.
前記表示部に分割して表示される各顕微鏡画像は表示倍率が異なる請求項8に記載のマニピュレータシステム。   The manipulator system according to claim 8, wherein each microscope image divided and displayed on the display unit has a different display magnification. 前記各顕微鏡画像は同一の前記撮像部で撮像したものである請求項9に記載のマニピュレータシステム。   The manipulator system according to claim 9, wherein each of the microscopic images is captured by the same imaging unit. 前記表示倍率の異なる各顕微鏡画像は前記画像表示装置における画像処理により得られる請求項9または10に記載のマニピュレータシステム。   The manipulator system according to claim 9 or 10, wherein the microscope images having different display magnifications are obtained by image processing in the image display device. 請求項8乃至11のいずれか1項に記載のマニピュレータシステムに使用されるマニピュレータ用画像表示装置。   The image display apparatus for manipulators used for the manipulator system of any one of Claims 8 thru | or 11. 電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータを備えるマニピュレータシステムと、前記マニピュレータシステムから離れて設置された情報端末装置と、がネットワークを介して接続可能であり、前記情報端末装置からの情報入力に基づいて前記マニピュレータシステムが遠隔操作されることを特徴とするマニピュレーションシステム。   A manipulator system including a pair of manipulators that can be operated on a minute object by performing a fine movement operation by an electrically driven actuator, and an information terminal device installed away from the manipulator system can be connected via a network. And the manipulator system is remotely operated based on information input from the information terminal device. 前記マニピュレータシステムは、前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、を備え、
前記情報端末装置は、前記情報入力のための情報入力手段と、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記マニピュレータシステムからネットワークを介して得た顕微鏡画像を前記表示部に表示するとともに前記情報入力手段からの情報入力に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを遠隔操作する請求項13に記載のマニピュレーションシステム。
The manipulator system captures the micro object to obtain a microscope image, and has a microscope having an electric focusing actuator, a sample stage capable of moving the micro object by the electric actuator, and one of the manipulators attached to the manipulator An electric pressure adjustable injector so as to enable injection of a minute object;
The information terminal device includes information input means for inputting the information and display means capable of displaying the microscope image, and displays the microscope image obtained from the manipulator system via the network on the display unit. The manipulation system according to claim 13, wherein the actuator and the injector are remotely operated based on information input from the information input means.
電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータと、前記マニピュレータを制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記マニピュレータを操作する操作手段と、を備え、 前記操作手段が前記マニピュレータをワイヤレスで操作するように構成されていることを特徴とするマニピュレータシステム。   A pair of manipulators capable of operating on a minute object by performing a fine movement operation by an electrically driven actuator, a control means for controlling the manipulator, and an operation means for operating the manipulator via the control means. A manipulator system comprising: the operating means configured to operate the manipulator wirelessly. 前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記操作手段のワイヤレス操作に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを操作する請求項15に記載のマニピュレータシステム。   A microscope having an electric focusing actuator that images the micro object to obtain a microscope image, a sample stage that can move the micro object by an electric actuator, and an injection to the micro object attached to one of the manipulators An injector capable of adjusting pressure by electric power and a display unit capable of displaying the microscope image, and operating each actuator and the injector based on a wireless operation of the operation unit. The described manipulator system.
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