JP5024657B2 - manipulator - Google Patents

manipulator Download PDF

Info

Publication number
JP5024657B2
JP5024657B2 JP2007072956A JP2007072956A JP5024657B2 JP 5024657 B2 JP5024657 B2 JP 5024657B2 JP 2007072956 A JP2007072956 A JP 2007072956A JP 2007072956 A JP2007072956 A JP 2007072956A JP 5024657 B2 JP5024657 B2 JP 5024657B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
screw shaft
sample
drive
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007072956A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008229776A (en
Inventor
伸明 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2007072956A priority Critical patent/JP5024657B2/en
Publication of JP2008229776A publication Critical patent/JP2008229776A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5024657B2 publication Critical patent/JP5024657B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、マニピュレータに係り、特に、駆動対象を動作させて、試料に所定の操作を施すためのマニピュレータに関するものである。   The present invention relates to a manipulator, and more particularly to a manipulator for operating a driving target to perform a predetermined operation on a sample.

バイオテクノロジーの分野において、顕微鏡の観察((顕微鏡カメラでの撮像画像処理)下で細胞に針を挿入して、細胞に核などを注入するマイクロマニピュレータとして、例えば、X−Y−Z軸の三次元空間を移動する駆動アクチュエータ(ナノポジショナの駆動源)に圧電素子を用いたものが提案されている(非特許文献1参照)。なお、マイクロマニピュレータを、圧電素子の駆動に対して遥かに移動量が多いが移動分解能が低いモータ駆動のX−Y−Z軸テーブルに搭載された全体を指すものとして扱う場合がある。   In the field of biotechnology, as a micromanipulator that inserts a needle into a cell under microscopic observation ((processed image processing with a microscope camera) and injects a nucleus into the cell, for example, a tertiary of the XYZ axis Proposals have been made to use piezoelectric elements as drive actuators (nanopositioner drive sources) that move in the original space (see Non-Patent Document 1) The micromanipulator moves much more than the drive of piezoelectric elements. There is a case where it is treated as indicating the whole mounted on a motor-driven XYZ axis table having a large amount but a low movement resolution.

言い換えれば、モータ駆動によって粗調整した後、圧電素子駆動によって微調整する2段構成のマニピュレータということができる。
前記細胞に挿入する針、すなわちキャピラリは、前記ナノポジショナに取り付けられたピペットに着脱可能に取り付けられるものである。
In other words, it can be said to be a two-stage manipulator that performs coarse adjustment by driving the motor and then fine adjustment by driving the piezoelectric element.
A needle to be inserted into the cell, that is, a capillary, is detachably attached to a pipette attached to the nanopositioner.

キャピラリを移動させるための操作は、コントローラに取り付けられ、ジョイスティックを用いて実現する(一例として、非特許文献2参照)。
「光学顕微鏡、バイオ研究用マイクロマニピュレータ」、株式会社三友製作所、2004年10月発行 「単一細胞操作支援ロボット」、中央精機株式会社、2003年11月発行
The operation for moving the capillary is attached to the controller and realized using a joystick (see Non-Patent Document 2 as an example).
"Optical microscope, micromanipulator for bioresearch", Mitomo Corporation, published in October 2004 "Single cell manipulation support robot", Chuo Seiki Co., Ltd., issued in November 2003

しかしながら、ピペットのキャピラリを用いて、試料に所定の操作を施す場合、試料が試料台に貼りついているとその操作がうまくできない。特に、試料を採取しようとする場合、採取できない場合がある。或いは、採取には熟練の技術が必要となる場合がある。   However, when a predetermined operation is performed on a sample using a capillary of a pipette, the operation cannot be performed well if the sample is stuck on the sample stage. In particular, when trying to collect a sample, it may not be collected. Alternatively, skilled techniques may be required for collection.

このため、試料台を取り外して別の場所で試料を剥がす、あるいは、別の治具を用いて剥がす、といった作業となり作業効率が低下する。   For this reason, the work efficiency is lowered because the sample stage is removed and the sample is peeled off at another place, or is peeled off using another jig.

本発明は上記事実を考慮し、熟練者に頼ることなく、試料台への試料の貼り付きを解消することができ、作業効率を向上することができるマニピュレータを得ることを目的とするものである。   In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain a manipulator capable of eliminating the sticking of a sample to a sample stage and improving the working efficiency without relying on an expert. .

前記目的を達成するために、本発明に係るマニピュレータは、駆動対象に連結され、圧電素子を駆動源として、前記駆動対象をX軸−Y軸−Z軸の三次元空間へ移動させるナノポジショナと、前記駆動対象の動作情報を入力する入力手段と、前記入力手段による入力情報に基づいて、圧電素子に移動駆動電圧を供給して前記駆動対象を指示された移動方向へ移動させる指示操作モード、及び圧電素子に振動駆動電圧を供給して前記駆動対象を振動動作させる振動モードの何れかで制御する制御手段と、を有している。   In order to achieve the above-described object, a manipulator according to the present invention is connected to a driving target, and uses a piezoelectric element as a driving source to move the driving target to a three-dimensional space of X axis-Y axis-Z axis; , An input means for inputting the operation information of the drive object, and an instruction operation mode for supplying a movement drive voltage to the piezoelectric element based on the input information by the input means to move the drive object in the designated movement direction, And a control means for controlling in any one of vibration modes for supplying a vibration drive voltage to the piezoelectric element to cause the drive object to vibrate.

本発明によれば、制御手段では、入力手段から入力情報に基づいて、指示操作モード、或いは振動モードでナノポジショナ、すなわち圧電素子を動作させることができ、1つの駆動系を2種の異なる用途の動作で使い分けることができる。   According to the present invention, the control means can operate the nanopositioner, that is, the piezoelectric element in the instruction operation mode or the vibration mode based on the input information from the input means, and one drive system can be used in two different applications. It can be used properly by the operation of.

上記発明において、前記駆動対象が、試料台上に載せられた試料に所定の操作を施すキャピラリが先端部に取り付けられたピペットであり、前記振動モードでは、前記キャピラリが振動動作して試料を飼料台から剥ぎ取ることを特徴としている。   In the above invention, the driving object is a pipette in which a capillary for performing a predetermined operation on a sample placed on a sample stage is attached to a tip portion. In the vibration mode, the capillary vibrates and feeds the sample. It is characterized by peeling from the table.

振動モードでは、前記キャピラリが振動動作して試料を飼料台から剥ぎ取ることができ、熟練者による操作が不要となる。   In the vibration mode, the capillary vibrates and the sample can be peeled off from the feed table, so that an operation by an expert is not required.

本発明によれば、熟練者に頼ることなく、試料台に貼り付いた試料を容易に採取することができ、作業効率を向上することができるマニピュレータを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a manipulator capable of easily collecting a sample attached to a sample stage without depending on a skilled person and improving work efficiency.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態を示すマニピュレータの構成図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a manipulator showing an embodiment of the present invention.

図1において、マニピュレータシステム10は、顕微鏡観察下で試料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、マニピュレータ14と、マニピュレータ16とを備えており、顕微鏡ユニット12の両側にマニピュレータ12、14が分かれて配置されている。   In FIG. 1, a manipulator system 10 includes a microscope unit 12, a manipulator 14, and a manipulator 16 as a system for performing an artificial operation on a sample under microscope observation, and manipulators 12 on both sides of the microscope unit 12. , 14 are arranged separately.

顕微鏡ユニット12は、撮像素子としてのカメラ18、顕微鏡20、試料台としてベース22を備えている。このベース22の直上に顕微鏡20が配置される構造となっている。なお、顕微鏡20とカメラ18とは一体構造となっており、図示は省略したが、ベースに向けて光を照射する光源を備えている。   The microscope unit 12 includes a camera 18 as an image sensor, a microscope 20, and a base 22 as a sample stage. The microscope 20 is arranged immediately above the base 22. Note that the microscope 20 and the camera 18 have an integral structure, and although not shown, a microscope is provided with a light source that emits light toward the base.

前記ベース22上には試料(図示省略)が載せられるようになっている。   A sample (not shown) is placed on the base 22.

この状態で、ベース22上の試料に顕微鏡20から光が照射され、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で撮像されるようになっており、カメラ18の撮像による画像を基に試料を観察することができる。   In this state, when the sample on the base 22 is irradiated with light from the microscope 20 and the light reflected by the cells on the base 22 is incident on the microscope 20, an optical image related to the cells is magnified by the microscope 20 and then the camera 18. An image is captured, and the sample can be observed based on an image captured by the camera 18.

図1に示される如く、マニピュレータ14は、X軸−Y軸−Z軸の3軸構成のマニピュレータとして、ピペット24、X−Y軸テーブル26、Z軸テーブル28、X−Y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を備えて構成されている。ピペット24の先端には毛細管チップであるキャピラリ24Aが取り付けられている。   As shown in FIG. 1, the manipulator 14 drives a pipette 24, an XY axis table 26, a Z axis table 28, and an XY axis table 26 as a three-axis manipulator having an X axis, a Y axis, and a Z axis. And a drive device 32 for driving the Z-axis table 28. A capillary 24A, which is a capillary tip, is attached to the tip of the pipette 24.

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X−Y軸テーブル26上に上下動自在に配置され、駆動装置30、32はコントローラ43に接続されている。   The pipette 24 is connected to the Z-axis table 28, the Z-axis table 28 is arranged on the XY axis table 26 so as to be movable up and down, and the drive devices 30 and 32 are connected to the controller 43.

X−Y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。Z軸テーブル28に連結されたピペット24は、X−Y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、ベース22上の細胞等を保持するように構成されている。   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 (vertical) by driving of the driving device 32. (Along the axial direction). The pipette 24 connected to the Z-axis table 28 is configured to move in the three-dimensional space as a movement region according to the movement of the XY axis table 26 and the Z-axis table 28 and hold cells on the base 22. Yes.

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、ピペット34、X−Y軸テーブル36、Z軸テーブル38、X−Y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、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X−Y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。ピペット34の先端にはキャピラリ34Aが取り付けられている。   The manipulator 16 is a manipulator having an orthogonal three-axis configuration, such as a 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. The pipette 34 is connected to a Z-axis table 38, the Z-axis table 38 is arranged 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. A capillary 34A is attached to the tip of the pipette 34.

X−Y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に連結されたピペット34は、X−Y軸テーブル36とZ軸テーブル38の移動に従って三次元空間を移動領域として移動し、ベース22上の試料に人口操作を行うように構成されている。このように、マニピュレータ14、16は、ほぼ同一構成である。   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 (vertical) by driving of the driving device 42. (Along the axial direction). The pipette 34 connected to the Z-axis table 38 is configured to move as a moving area in the three-dimensional space according to the movement of the XY axis table 36 and the Z-axis table 38 and to perform the artificial manipulation on the sample on the base 22. ing. Thus, the manipulators 14 and 16 have substantially the same configuration.

従って、以下は、ピペット34が連結されたマニピュレータ16を例に挙げて説明する。   Therefore, the following description will be given by taking the manipulator 16 to which the pipette 34 is connected as an example.

X−Y軸テーブル36は、駆動装置40の駆動(モータ)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(モータ)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とともに、ベース22上の細胞等を、針を挿入するための挿入対象とするピペット34を連結している。   The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by the drive (motor) of the drive device 40, and the Z axis table 38 is moved by the drive (motor) of the drive device 42. It is configured to move along an axis (along the vertical axis direction), and a pipette 34 that is an insertion target for inserting a needle into a cell or the like on the base 22 is connected.

すなわち、X−Y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上の試料等を含む三次元空間を移動領域として移動し、ピペット34を、例えば、ピペット34の先端側からベース22上の試料に対して、操作するための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。   That is, the XY axis table 36 and the Z axis table 38 are moved by moving the three-dimensional space including the sample on the base 22 as a moving area by driving the driving devices 40 and 42, and the pipette 34, for example, the pipette 34 is moved. This is configured as a coarse movement mechanism (three-dimensional axis movement table) that coarsely drives the sample on the base 22 from the distal end side to the insertion position for operation.

また、Z軸テーブル38は、ナノポジショナとしての機能を備えている。   Further, the Z-axis table 38 has a function as a nanopositioner.

ナノポジショナは、ピペット34をX軸−Y軸−Z軸方向へ自在に移動可能に支持するととともに、さらに、ペット34をその長手方向(軸線方向)に沿って微動駆動するように構成されている。   The nanopositioner is configured to support the pipette 34 so as to be freely movable in the X-axis-Y-axis-Z-axis directions, and to finely drive the pet 34 along its longitudinal direction (axial direction). .

具体的には、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、並びに図3に示す微動機構46が選択的に内蔵されている。   Specifically, the Z-axis table 38 selectively incorporates a fine movement mechanism 44 shown in FIG. 2 and a fine movement mechanism 46 shown in FIG. 3 as nanopositioners.

ここで、本実施の形態では、微動機構44は、ピペット34を軸線方向に微動させるための駆動源として適用される。   Here, in the present embodiment, the fine movement mechanism 44 is applied as a drive source for finely moving the pipette 34 in the axial direction.

一方、本実施の形態では、微動機構46は、ピペット34をX軸−Y軸−Z軸のそれぞれの方向に微動させるための駆動源として適用される。   On the other hand, in the present embodiment, the fine movement mechanism 46 is applied as a drive source for finely moving the pipette 34 in the X axis-Y axis-Z axis directions.

なお、微動機構44及び微動機構46とは、後述するねじ軸50及びねじ軸76を軸線方向に移動させるために、圧電素子54又圧電素子80に所定の電圧を印加することは同一であるが、構造が若干異なるため、以下にそれぞれの構造を説明する。 Note that the fine movement mechanism 44 and fine movement mechanism 46, to move the screw shaft 50 and the screw shaft 76 will be described later in the axial direction, the piezoelectric element 54 or is identical to a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 80 However, since the structures are slightly different, each structure will be described below.

(微動機構44の詳細構造)
に示される如く、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を備えており、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。
(Detailed structure of fine movement mechanism 44)
As shown in FIG. 2 , the fine movement mechanism 44 includes a housing 48 that constitutes a main body of the piezoelectric actuator. A screw shaft 50 is inserted into the housing 48 formed in a substantially cylindrical shape, and the cylinder 48 A piezoelectric element 54 and a cylindrical spacer 56 are accommodated on the outer peripheral side of the screw shaft 50, and bearings 58 and 60 are secured to the screw shaft 50 by a lock nut 66 with an inner ring spacer 62 therebetween. Has been.

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ようになっている。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。   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 58 is fitted to the outer circumferential surface via an inner ring spacer 62, and the outer rings 58 b and 60 b are fitted to the inner circumferential surface of the housing 48 so as 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.

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。 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ピペット34の操作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。例えば、圧電素子54は、コントローラ43から駆動用電圧として、例えば、矩形波状の電圧が印加されたときには(図4(A)参照)、この印加電圧に応答して、ピペット34の先端側からベース22上の試料に対して操作することが可能となり、あるいは、コントローラ43から微動用電圧が印加されたときには、この印加電圧に応答して、ねじ軸50をその長手方向(軸方向)に沿って微動させて、ピペット34の位置を微調整するようになっている。   The piezoelectric element 54 is connected to the controller 43 via lead wires 70 and 72 inserted into the holes 48 a and 48 b, respectively, and extends and contracts along the operation direction of the pipette 34 according to the voltage from the controller 43. It is configured as one element of the actuator. For example, when a rectangular wave voltage is applied as a driving voltage from the controller 43 (see FIG. 4A), for example, the piezoelectric element 54 responds to the applied voltage from the tip end side of the pipette 34 to the base. When the fine movement voltage is applied from the controller 43, the screw shaft 50 is moved along the longitudinal direction (axial direction) in response to the applied voltage. The position of the pipette 34 is finely adjusted by fine movement.

(微動機構46の詳細構造)
に示される如く、本実施の形態の微動機構46は、X軸用、Y軸用、Z軸用のそれぞれに対応して3個設けられている。なお、本発明を実現するためには、Z軸用の微動機構46があればよい。
(Detailed structure of fine movement mechanism 46)
As shown in FIG. 3 , three fine movement mechanisms 46 of the present embodiment are provided corresponding to the X-axis, Y-axis, and Z-axis, respectively. In order to realize the present invention, it is sufficient if there is a fine movement mechanism 46 for the Z axis.

圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング74を備えており、略円筒状に形成されたハウジング74内には、ねじ軸76の軸方向一端側と、圧電素子80、間座82、軸受84、86が収納されている。圧電素子80は、ねじ軸76の延長線上に、間座82を介してねじ軸76と直列になって配置されており、間座82は、ねじ軸76の軸方向端部に噛合されたロックナット88を囲むように配置されている。軸受84と軸受86は内輪間座90を間にしてねじ軸76の外周側に配置されている。   A housing 74 constituting the main body of the piezoelectric actuator is provided. In the housing 74 formed in a substantially cylindrical shape, one end side of the screw shaft 76 in the axial direction, a piezoelectric element 80, a spacer 82, and bearings 84 and 86 are provided. It is stored. The piezoelectric element 80 is disposed on the extension line of the screw shaft 76 in series with the screw shaft 76 via a spacer 82, and the spacer 82 is a lock engaged with the axial end of the screw shaft 76. It arrange | positions so that the nut 88 may be enclosed. The bearing 84 and the bearing 86 are disposed on the outer peripheral side of the screw shaft 76 with the inner ring spacer 90 therebetween.

軸受84、86は、それぞれ内輪84a、86aと、外輪84b、86bと、内輪84a、86aと外輪84b、86b間に挿入されたボール84c、86cを備え、各内輪84a、86aがねじ軸76の外周面に嵌合され、各外輪84b、86bがハウジング74の内周面に嵌合され、ねじ軸76を回転可能に支持するようになっている。   The bearings 84 and 86 include inner rings 84a and 86a, outer rings 84b and 86b, and balls 84c and 86c inserted between the inner rings 84a and 86a and the outer rings 84b and 86b, respectively. The outer rings 84b and 86b are fitted to the outer peripheral surface, and are fitted to the inner peripheral surface of the housing 74 so as to rotatably support the screw shaft 76.

ハウジング74の一端側には、圧電素子80に対して、ねじ軸76の軸方向への移動を規制する蓋94が固定されている。蓋94には凹部94aが形成されているとともに、孔94b、94eが形成されており、蓋94の凹部94aと間座82の凹部82aとの間に圧電素子80が挿入されている。   A lid 94 that restricts the movement of the screw shaft 76 in the axial direction with respect to the piezoelectric element 80 is fixed to one end side of the housing 74. The lid 94 has a recess 94 a and holes 94 b and 94 e, and the piezoelectric element 80 is inserted between the recess 94 a of the lid 94 and the recess 82 a of the spacer 82.

予圧調整は間座82の長さを調整することによって押圧力を調整させ、軸受84、86へ適正な予圧力を与える。これにより、軸受84、86に所定の予圧が付与され、軸受84、86の外輪間に軸方向間距離としての間隙93が形成される。   In the preload adjustment, the pressing force is adjusted by adjusting the length of the spacer 82, and an appropriate preload is applied to the bearings 84 and 86. As a result, a predetermined preload is applied to the bearings 84 and 86, and a gap 93 is formed as an axial distance between the outer rings of the bearings 84 and 86.

圧電素子80は、蓋94の孔94b、94e内にそれぞれ挿入されたリード線96、102を介してコントローラ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ピペット34を変位させる圧電アクチュエータとして構成されている。圧電素子80は、コントローラ43から駆動用電圧に応答して、ねじ軸76を微動させ、ピペット34を所定の方向(X軸方向又はY軸方向又はZ軸方向)の移動させるようになっている。   The piezoelectric element 80 is connected to the controller 43 via lead wires 96 and 102 inserted into the holes 94 b and 94 e of the lid 94, respectively, and serves as a piezoelectric actuator that displaces the pipette 34 according to the voltage from the controller 43. It is configured. In response to the driving voltage from the controller 43, the piezoelectric element 80 finely moves the screw shaft 76 to move the pipette 34 in a predetermined direction (X-axis direction, Y-axis direction, or Z-axis direction). .

上記構成において、用マニピュレータ16を駆動するに際しては、コントローラ43は、X−Y軸テーブル36とZ軸テーブル38を粗動駆動して、ピペット34をベース22上の試料に近づけて位置決めした後、微動機構44または微動機構46を用いてピペット34を微動駆動することとしている。   In the above configuration, when driving the manipulator 16, the controller 43 coarsely drives the XY axis table 36 and the Z axis table 38 to position the pipette 34 close to the sample on the base 22. The fine movement mechanism 44 or the fine movement mechanism 46 is used to finely drive the pipette 34.

上記微動機構46におけるX軸−Y軸−Z軸方向の移動(微調整)はコントローラ43における指示操作モードで実行される。このため、コントローラ43には、入力手段としてジョイスティック43Aが設けられており、このジョイスティック43Aの操作に基づいて、圧電素子に所定の電圧(例えば、矩形波或いは台形波)が印加され(図4(A)参照)、これに応じてピペット24、34が移動する(指示操作モード)。   The movement (fine adjustment) in the X-axis-Y-axis-Z-axis directions in the fine movement mechanism 46 is executed in the instruction operation mode in the controller 43. Therefore, the controller 43 is provided with a joystick 43A as an input means, and a predetermined voltage (for example, a rectangular wave or a trapezoidal wave) is applied to the piezoelectric element based on the operation of the joystick 43A (FIG. 4 ( A)), and the pipettes 24 and 34 move accordingly (instruction operation mode).

一方、ベース22に試料を載せた後、キャピラリ24A、34Aによって当該試料を採取する場合、試料がベース22に貼り付いていると採取がうまくできない場合がある。   On the other hand, when the sample is collected by the capillaries 24 </ b> A and 34 </ b> A after the sample is placed on the base 22, the sample may not be successfully collected if the sample is attached to the base 22.

そこで、本実施の形態では、ジョイスティック43Aに振動指示ボタン43Bを設け、この振動指示ボタン43Bが操作された場合には、コントローラ43では、指示操作モードに代わり振動モードが実行されるようになっている。   Therefore, in the present embodiment, the vibration instruction button 43B is provided on the joystick 43A, and when the vibration instruction button 43B is operated, the controller 43 executes the vibration mode instead of the instruction operation mode. Yes.

振動モードは、、X軸−Y軸−Z軸の何れかの軸(複数可)に対応する圧電素子に振動波形(例えば、通常よりも高周波の周波数を持った波形、正弦波、矩形波、三角波等)の電圧を印加するようになっている。   The vibration mode includes a vibration waveform (for example, a waveform having a higher frequency than normal, a sine wave, a rectangular wave, a piezoelectric element corresponding to any one or more of the X axis, the Y axis, and the Z axis) A triangular wave or the like) is applied.

この結果、キャピラリ24A、34Aが振動することになり、この振動が試料に伝わることで、試料はベース22から剥がれ易くなる。   As a result, the capillaries 24 </ b> A and 34 </ b> A vibrate, and the vibration is transmitted to the sample, so that the sample is easily peeled off from the base 22.

以下に本実施の形態の作用を説明する。   The operation of this embodiment will be described below.

まず、本実施の形態のマニピュレータシステム10を使用する場合、マニピュレータ14と、用マニピュレータ16のそれぞれのZ軸テーブル28、38に各々ピペット24、ピペット34を装着する。   First, when the manipulator system 10 of the present embodiment is used, the pipette 24 and the pipette 34 are respectively attached to the Z-axis tables 28 and 38 of the manipulator 14 and the manipulator 16 for use.

最初に、ピペット34に対してキャピラリ34Aをピペット34のキャピラリ保持部34Cへ挿入する。この挿入量は、そのときの試料に対する処置(作業)によって異なるが、ほぼ基準となる位置まで挿入する。   First, the capillary 34A is inserted into the capillary holder 34C of the pipette 34 with respect to the pipette 34. The amount of insertion differs depending on the treatment (work) on the sample at that time, but the insertion amount is approximately the reference position.

次に、キャピラリ34Aが装着されたピペット34をZ軸テーブル38へ挿入する。この挿入量は、そのときの試料に対する処置(作業)によって異なるが、ほぼ基準となる位置まで挿入する。   Next, the pipette 34 to which the capillary 34A is attached is inserted into the Z-axis table 38. The amount of insertion differs depending on the treatment (work) on the sample at that time, but the insertion amount is approximately the reference position.

上記準備が完了すると、コントローラ43に取り付けられたジョイスティック43Aによって、ピペット24、34を動作させ、試料に対して所定操作を実行する。   When the above preparation is completed, the pipettes 24 and 34 are operated by the joystick 43A attached to the controller 43, and a predetermined operation is performed on the sample.

本実施の形態のマニピュレータシステム10では、ミリメートルオーダの駆動(モータ駆動)からモータの分解能以下の微小駆動(圧電素子)までの動作が可能となり、かつ操作が容易なマニピュレータシステムを構成することが可能になる。   In the manipulator system 10 according to the present embodiment, it is possible to configure a manipulator system that can operate from millimeter order drive (motor drive) to minute drive (piezoelectric element) less than the resolution of the motor and can be easily operated. become.

ところで、試料に対する所定の操作として、試料を採取する作業がある。このとき試料がベース22に貼り付いている場合がある。   By the way, as a predetermined operation on the sample, there is an operation of collecting the sample. At this time, the sample may stick to the base 22 in some cases.

試料がベース22に貼り付けていると、採取がうまくいかず、熟練者の技術を必要としなければならなかった。   If the sample was affixed to the base 22, the collection was not successful and the skill of an expert had to be required.

これに対して本実施の形態では、ジョイスティック43Aに振動モードを動作させる振動指示ボタン43Bを設けた。   In contrast, in the present embodiment, a vibration instruction button 43B for operating the vibration mode is provided on the joystick 43A.

この振動指示ボタン43Bを操作すると、コントローラ43では、通常の指示操作モードから振動モードに切り替わり、圧電素子への高周波の波形の電圧印加(図4(B)参照)でピペット34(キャピラリ34A)を振動させる。   When the vibration instruction button 43B is operated, the controller 43 switches from the normal instruction operation mode to the vibration mode, and the pipette 34 (capillary 34A) is applied by applying a high-frequency waveform voltage to the piezoelectric element (see FIG. 4B). Vibrate.

この振動が試料に伝わり、試料はベース22から剥がれ易くなる(図5(A)及び(B)参照)。   This vibration is transmitted to the sample, and the sample is easily peeled off from the base 22 (see FIGS. 5A and 5B).

図5(A)はベース22を平面視した状態であり、図5(B)はベース22の正面視した状態を示しており、圧電素子を駆動してピペット24、34をX軸−Y軸−Z軸方向へ移動させると、先端のキャピラリ34A、34Aは慣性の法則(振動に対する動きの鈍さ)も伴って揺動し、試料をベース22から剥ぎ取ることができる。   5A shows a state in which the base 22 is viewed from above, and FIG. 5B shows a state in which the base 22 is viewed from the front. The piezoelectric elements are driven to move the pipettes 24 and 34 to the X axis-Y axis. When moved in the −Z-axis direction, the capillaries 34 </ b> A and 34 </ b> A at the tip are swung with the law of inertia (smooth movement with respect to vibration), and the sample can be peeled off from the base 22.

以上説明したように本実施の形態では、ピペット24、34の微調整のナノポジショナの駆動源に用いる圧電素子に、振動モード指示時に高周波の波形の電圧を印加(図4(B)参照)するようにしたため、その振動によって、試料のベース22への貼り付きを解除することができ、試料の採取を簡便とすることができる。   As described above, in the present embodiment, a voltage having a high-frequency waveform is applied to the piezoelectric element used for the fine adjustment nanopositioner drive source of the pipettes 24 and 34 when the vibration mode is instructed (see FIG. 4B). Since it did in this way, the sticking of the sample to the base 22 can be canceled by the vibration, and the sample can be collected easily.

なお、本実施の形態ではマニピュレータシステム10として、マニピュレータ14では、モータ駆動による駆動装置30、32を用いたX−Y軸テーブル26、Z軸テーブル28と、前記Z軸テーブル28にさらにナノポジショナとしての微動機構44、46を搭載し、マニピュレータ16では、モータ駆動による駆動装置40、42を用いたX−Y軸テーブル36、Z軸テーブル38と、前記Z軸テーブル38にさらにナノポジショナとしての微動機構44、46を搭載したが、それぞれX−Yテーブル28、38、並びにZ軸テーブル28、38の駆動源である駆動装置30、32、40、42として、微動機構44、46を用いてもよい。この場合、マニピュレータシステム10の調整は1段階(微調整のみ)となる。   In the present embodiment, the manipulator system 10 and the manipulator 14 include an XY axis table 26 and a Z axis table 28 using driving devices 30 and 32 driven by motors, and a nanopositioner on the Z axis table 28. In the manipulator 16, the XY axis table 36 and the Z axis table 38 using the drive devices 40 and 42 driven by motors, and the Z axis table 38 are further finely moved as a nanopositioner. Although the mechanisms 44 and 46 are mounted, the fine movement mechanisms 44 and 46 may be used as the driving devices 30, 32, 40, and 42 which are driving sources of the XY tables 28 and 38 and the Z-axis tables 28 and 38, respectively. Good. In this case, the manipulator system 10 is adjusted in one step (only fine adjustment).

さらに、微動機構44をピペット24、34の軸線移動の微調整用とし、微動機構46をピペット24、34のX軸−Y軸−Z軸方向の微調整用としたが、組み合わせに限定はなく、微動機構44をX軸−Y軸−Z軸方向の微調整に用いてもよいし、微動機構46をピペット24、34の軸線移動の微調整に用いてもよい。また、何れか一方のみを適用してもよい。   Further, the fine movement mechanism 44 is used for fine adjustment of the axial movement of the pipettes 24, 34, and the fine movement mechanism 46 is used for fine adjustment of the pipettes 24, 34 in the X-axis-Y-axis-Z-axis directions. The fine movement mechanism 44 may be used for fine adjustment in the X-axis-Y-axis-Z-axis directions, and the fine movement mechanism 46 may be used for fine adjustment of the axial movement of the pipettes 24 and 34. Moreover, you may apply any one.

本発明の一実施形態を示すマニピュレータシステムの構成図である。It is a block diagram of the manipulator system which shows one Embodiment of this invention. 微動機構(ピペット軸移動用)の詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of a fine movement mechanism (for pipette axis | shaft movement). 微動機構(ピペットX−Y−Z方向移動用)の詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of a fine movement mechanism (for pipette XYZ direction movement). (A)は指示操作モード時の圧電素子に印加する波形の一例、(B)は振動モード時の圧電素子に印加する波形の一例である。(A) is an example of a waveform applied to the piezoelectric element in the instruction operation mode, and (B) is an example of a waveform applied to the piezoelectric element in the vibration mode. (A)はベース22の平面図、(B)はベース22の正面図である。(A) is a plan view of the base 22, and (B) is a front view of the base 22.

符号の説明Explanation of symbols

10 マニピュレータシステム
14 マニピュレータ
16 マニピュレータ
22 ベース
34 ピペット
34A キャピラリ
36 X−Y軸テーブル
38 Z軸テーブル
40 駆動装置
42 駆動装置
43 コントローラ(制御手段)
43A ジョイスティック(入力手段)
43B 振動指示ボタン(入力手段)
44 微動機構(ナノポジショナ)
46 微動機構(ナノポジショナ)
80 圧電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Manipulator system 14 Manipulator 16 Manipulator 22 Base 34 Pipette 34A Capillary 36 XY axis table 38 Z axis table 40 Drive apparatus 42 Drive apparatus 43 Controller (control means)
43A Joystick (input means)
43B Vibration instruction button (input means)
44 Fine movement mechanism (nanopositioner)
46 Fine movement mechanism (nanopositioner)
80 Piezoelectric elements

Claims (2)

駆動対象に連結され、圧電素子を駆動源として、前記駆動対象をX軸−Y軸−Z軸の三次元空間へ移動させるナノポジショナと、
前記駆動対象の動作情報を入力する入力手段と、
前記入力手段による入力情報に基づいて、圧電素子に移動駆動電圧を供給して前記駆動対象を指示された移動方向へ移動させる指示操作モード、及び圧電素子に振動駆動電圧を供給して前記駆動対象を振動動作させる振動モードの何れかで制御する制御手段と、
を有し、
前記ナノポジショナは、
前記駆動対象に連結されたねじ軸と、
前記ねじ軸を、その中心軸に対して回転自在に支持する第一軸受と、
前記ねじ軸の軸方向に沿って、前記第一軸受に隣接して配置される間座と、
前記ねじ軸の軸方向に沿って、前記間座が配置された側とは反対側において前記第一軸受と隣接して配置された内輪間座と、
前記ねじ軸の軸方向に沿って、前記第一軸受が配置された側とは反対側において前記内輪間座と隣接して配置され、前記ねじ軸をその中心軸に対して回転自在に支持する第二軸受と、を備え、
前記圧電素子は、前記間座を介して前記第一軸受及び第二軸受を押すことにより、前記ねじ軸をその軸方向に移動させ、前記駆動対象を移動させるものであることを特徴とするマニピュレータ。
A nano-positioner that is connected to a driving target and moves the driving target to a three-dimensional space of X-axis-Y-axis-Z-axis using a piezoelectric element as a driving source;
Input means for inputting operation information of the drive target;
Based on input information from the input means, an instruction operation mode for supplying a movement drive voltage to the piezoelectric element to move the drive object in the designated movement direction, and a vibration drive voltage for supplying the piezoelectric element to the drive object Control means for controlling in any of vibration modes for vibrating the
I have a,
The nanopositioner is
A screw shaft coupled to the drive object;
A first bearing that rotatably supports the screw shaft with respect to the central shaft;
A spacer disposed adjacent to the first bearing along the axial direction of the screw shaft;
An inner ring spacer disposed adjacent to the first bearing on the side opposite to the side where the spacer is disposed along the axial direction of the screw shaft;
Along the axial direction of the screw shaft, the screw shaft is disposed adjacent to the inner ring spacer on the side opposite to the side where the first bearing is disposed, and supports the screw shaft so as to be rotatable with respect to its central axis. A second bearing,
The piezoelectric element moves the screw shaft in the axial direction by pushing the first bearing and the second bearing through the spacer, thereby moving the driving object. .
前記駆動対象が、試料台上に載せられた試料に所定の操作を施すキャピラリが先端部に取り付けられたピペットであり、前記振動モードでは、前記キャピラリが振動動作して試料を飼料台から剥ぎ取ることを特徴とする請求項1記載のマニピュレータ。   The drive target is a pipette having a capillary attached to the tip for performing a predetermined operation on the sample placed on the sample table. In the vibration mode, the capillary vibrates to peel the sample from the feed table. The manipulator according to claim 1.
JP2007072956A 2007-03-20 2007-03-20 manipulator Active JP5024657B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007072956A JP5024657B2 (en) 2007-03-20 2007-03-20 manipulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007072956A JP5024657B2 (en) 2007-03-20 2007-03-20 manipulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008229776A JP2008229776A (en) 2008-10-02
JP5024657B2 true JP5024657B2 (en) 2012-09-12

Family

ID=39903181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007072956A Active JP5024657B2 (en) 2007-03-20 2007-03-20 manipulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5024657B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5668571B2 (en) * 2011-03-29 2015-02-12 日本精工株式会社 Cell manipulation method using actuator
JP5849331B2 (en) * 2011-08-31 2016-01-27 国立大学法人静岡大学 Micro-adhesion peeling system and micro-adhesion peeling method
JP6953888B2 (en) * 2017-08-10 2021-10-27 横河電機株式会社 Suction system, suction method and program

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01159420A (en) * 1987-12-16 1989-06-22 Hino Motors Ltd Protector for turbo compound engine
JPH0698582B2 (en) * 1989-11-24 1994-12-07 俊郎 樋口 Micro mover for micro manipulator
JP4436942B2 (en) * 1999-02-02 2010-03-24 株式会社三友製作所 Micromanipulation device for fine work and microprobe for fine work
JP2002085053A (en) * 2000-09-08 2002-03-26 Ajinomoto Co Inc Method and device for exfoliating cells from living body tissue
JP3838488B2 (en) * 2001-08-23 2006-10-25 株式会社日立製作所 Sample sampling method and apparatus
JP3888429B2 (en) * 2001-11-08 2007-03-07 駿河精機株式会社 Micromanipulator, impact force transmission method of micromanipulator, and drive control method of micromanipulator
JP4936112B2 (en) * 2006-08-11 2012-05-23 日本精工株式会社 Cell manipulator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008229776A (en) 2008-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5928900B2 (en) Manipulator system and operation method of minute operation object
JP2009202331A (en) Manipulator, drive method of manipulator, manipulator system, and operating method of minute target object
US7122940B2 (en) Manipulator
JP2013160960A (en) Manipulator system and operation method of minute operation object
CN109798339B (en) Cam-type hand device
JP5067569B2 (en) Manipulator and manipulator system
JP2009078345A (en) Manipulator, manipulator system, and image display device for manipulator, and manipulation system
JP2009211024A (en) Actuator and manipulator
JP5024657B2 (en) manipulator
JP4936112B2 (en) Cell manipulator
JP2008233545A (en) Manipulator
JP5126675B2 (en) Manipulator system
JP2005338631A (en) Microscopic observation system and microscopic observation method
JP2008229779A (en) Pipette
JP4660772B2 (en) Specimen motion control apparatus, specimen motion parameter acquisition method, and specimen motion control method
JP5217662B2 (en) Manipulator and manipulator system
JP5668571B2 (en) Cell manipulation method using actuator
JP2009211027A (en) Manipulator system and method for operating minute object to be operated
JP4992491B2 (en) Manipulator system
WO2015050205A1 (en) Manipulator system and micro manipulation object manipulation method
JP5257276B2 (en) Manipulation system drive method
JP6680993B2 (en) Pipette holder, micromanipulator, and microinjection system
JP7192394B2 (en) Piezoelectric actuators and manipulators
JP2009058931A (en) Manipulator and manipulator system
JP2013240879A (en) Piezoelectric actuator, manipulator, manipulator system and operation method of fine object

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100105

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110330

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110901

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111027

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120525

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120607

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150629

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5024657

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150