JP7019391B2

JP7019391B2 - Micro manipulator

Info

Publication number: JP7019391B2
Application number: JP2017225790A
Authority: JP
Inventors: 剛久保田; 昭一高谷; 穂高石丸
Original assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: JP2019095654A

Description

本発明はマイクロマニピュレータに係り、特に、エンドエフェクタを有し微小物体を取り扱うマイクロマニピュレータに関する。 The present invention relates to a micromanipulator, and more particularly to a micromanipulator having an end effector and handling a minute object.

従来、例えば、微小部品の組み立てや細胞操作等にマイクロマニピュレータが用いられている。一般に、マイクロマニピュレータは、微小物体を取り扱う（例えば、把持する）ためのエンドエフェクタを移動させる機構を有しており、マイクロマニピュレータによる作業は、微小物体を取り扱うため、肉眼による顕微鏡視野下や顕微鏡に取り付けられたカメラを介してディスプレイ等のモニタに出力された画像を参照して行われる。 Conventionally, for example, a micromanipulator has been used for assembling microparts, manipulating cells, and the like. In general, a micromanipulator has a mechanism for moving an end effector for handling (for example, grasping) a minute object, and the work by the micromanipulator handles the minute object, so that it can be used under a microscope with the naked eye or under a microscope. This is done by referring to the image output to a monitor such as a display via the attached camera.

例えば、特許文献１には、ハンドリング部に微小物体を把持するための把持指を有するマイクロマニピュレータが開示されている。このマニピュレータは、Ｘ方向およびＹ方向変位を合成拡大するパンラグラフ機構と、エンドエフェクタの先端を架空点中心としてハンドリング部の姿勢をＸＹ平面で変更する（架空点を中心としてハンドリング部を揺動させる）θｚ駆動部とを有している。θｚ駆動部の揺動変位はパンタグラフ機構を構成するＸ方向入力リンクまたはＹ方向入力リンクに入力され、パンタグラフ機構の出力リンクにはＸ、Ｙ方向の変位およびθｚ駆動部からの揺動変位が合成拡大されて出力される。 For example, Patent Document 1 discloses a micromanipulator having a gripping finger for gripping a minute object in a handling portion. This manipulator has a panragraph mechanism that synthesizes and expands the displacement in the X and Y directions, and changes the posture of the handling part on the XY plane with the tip of the end effector as the center of the imaginary point (the handling part is swung around the imaginary point). It has a θz drive unit. The oscillating displacement of the θz drive unit is input to the X-direction input link or the Y-direction input link that constitutes the pantograph mechanism, and the X- and Y-direction displacements and the oscillating displacement from the θz drive unit are combined on the output link of the pantograph mechanism. It is enlarged and output.

特許第４８０６２２９号公報Japanese Patent No. 4806229

ところで、上記のようなマニピュレータにおいてハンドリング部をＹＺ平面で回動させたいというニーズがある。例えば、マニピュレータの操作対象の細胞は保存溶液とともにシャーレ等の容器内に保存され、容器の上部はカバーで覆われる。マニピュレータで細胞にアクセスする際には、例えばカバーに開口を形成し開口内にエンドエフェクタを挿入する。その際、ＹＺ平面でハンドリング部を回動できれば、開口を介して細胞へのアクセスが容易となる。また、細胞に限らず、マイクロチップ等の微小物体でもその形状に応じてＹＺ平面でのアクセス角度を変えられれば、マニピュレータの使い勝手が向上する。この点、特許文献１に開示されたマニピュレータでもハンドリング部はピン５０８（図２参照）を介して回動可能に構成されているため、ＹＺ平面でのハンドリング部の回動は可能である。 By the way, in the above-mentioned manipulator, there is a need to rotate the handling portion in the YZ plane. For example, the cells to be operated by the manipulator are stored in a container such as a petri dish together with the storage solution, and the upper part of the container is covered with a cover. When accessing cells with a manipulator, for example, an opening is formed in the cover and an end effector is inserted into the opening. At that time, if the handling portion can be rotated on the YZ plane, access to the cells through the opening becomes easy. Further, if the access angle on the YZ plane can be changed according to the shape of not only cells but also minute objects such as microchips, the usability of the manipulator will be improved. In this regard, even in the manipulator disclosed in Patent Document 1, since the handling portion is configured to be rotatable via the pin 508 (see FIG. 2), the handling portion can be rotated in the YZ plane.

しかしながら、特許文献１に開示されたマニピュレータにおいて、ハンドリング部の角度をＹＺ平面で例えばθｖ度回動すると、θｖ度回動前後では、パンタグラフ機構の出力リンクから架空点中心（エンドエフェクタの先端）までのＹ方向での距離が異なってしまう。この結果、エンドエフェクタの先端が顕微鏡の視野外となりモニタに表示されなくなるため、オペレータはエンドエフェクタの先端がモニタに表示されるように、すなわち、微小物体およびエンドエフェクタの先端の相対位置関係が明らかとなるようにマニピュレータのＹ方向を調整する必要があった。このような調整は、モニタ画面内にエンドエフェクタの先端が入るように、モニタを見ながらパンタグラフ機構を動かしエンドエフェクタの先端位置を試行錯誤で補正することとなるため、手間の掛かる作業であった。 However, in the manipulator disclosed in Patent Document 1, when the angle of the handling portion is rotated by, for example, θv degree in the YZ plane, before and after the θv degree rotation, from the output link of the pantograph mechanism to the center of the fictitious point (the tip of the end effector). The distance in the Y direction is different. As a result, the tip of the end effector is out of the field of view of the microscope and is not displayed on the monitor, so that the operator can display the tip of the end effector on the monitor, that is, the relative positional relationship between the minute object and the tip of the end effector is clear. It was necessary to adjust the Y direction of the manipulator so that Such adjustment was a laborious task because the pantograph mechanism was moved while looking at the monitor so that the tip of the end effector would fit inside the monitor screen, and the position of the tip of the end effector would be corrected by trial and error. ..

本発明は上記事案に鑑み、ハンドリング部をＹＺ平面で回動させてもＹ方向での調整が不要なマイクロマニピュレータを提供することを課題とする。 In view of the above cases, it is an object of the present invention to provide a micromanipulator that does not require adjustment in the Y direction even if the handling portion is rotated in the YZ plane.

上記課題を解決するために、本発明は、微小物体にアクセスするためのエンドエフェクタを有するハンドリング部と、前記ハンドリング部をＹＺ平面で回動可能に支持するとともに、前記ハンドリング部をＺ方向に移動させるＺ方向移動手段と、入力されたＸ方向およびＹ方向変位を合成して前記Ｚ方向移動手段に出力する変位合成手段と、前記Ｚ方向移動手段と前記変位合成手段との間に設けられ、前記ハンドリング部のＹＺ平面での回動により生じるＹ方向の変位分をオフセットするオフセット手段と、を備える。 In order to solve the above problems, the present invention rotatably supports a handling portion having an end effector for accessing a minute object and the handling portion on a YZ plane, and moves the handling portion in the Z direction. It is provided between the Z-direction moving means to cause the displacement, the displacement combining means for synthesizing the input X-direction and Y-direction displacement and outputting to the Z-direction moving means, and the Z-direction moving means and the displacement synthesizing means. An offset means for offsetting the displacement in the Y direction caused by the rotation of the handling portion in the YZ plane is provided.

ここで、オフセット手段は、Ｚ方向移動手段と変位合成手段との間のＹ方向での距離を調整することでＹ方向の変位分をオフセットするようにしてもよい。また、オフセット手段は、変位合成手段の出力端で支持され、Ｚ方向移動手段をＹ方向に移動可能に支持するようにしてもよい。さらに、オフセット手段は、ハンドリング部がＹＺ平面で回動したときの回動前後で変位合成手段の出力端からハンドリング部のエンドエフェクタの先端までのＹ方向での距離が等しくなるようにＹ方向の変位分をオフセットするようにしてもよい。 Here, the offset means may offset the displacement in the Y direction by adjusting the distance in the Y direction between the Z-direction moving means and the displacement combining means. Further, the offset means may be supported by the output end of the displacement combining means, and the Z-direction moving means may be supported so as to be movable in the Y direction. Further, the offset means is in the Y direction so that the distance in the Y direction from the output end of the displacement synthesis means to the tip of the end effector of the handling part becomes equal before and after the rotation when the handling part rotates in the YZ plane. The displacement may be offset.

また、オフセット手段は、Ｚ方向移動手段の変位合成手段側に設けられたカムと、変位合成手段の出力端に固定されカムに当接するカムフォロアとを有して構成されていてもよい。このカムは、ハンドリング部がＹＺ平面で回動したときに同期して回動することが望ましい。 Further, the offset means may be configured to have a cam provided on the displacement synthesis means side of the Z-direction moving means and a cam follower fixed to the output end of the displacement synthesis means and in contact with the cam. It is desirable that this cam rotates synchronously when the handling portion rotates in the YZ plane.

さらに、ハンドリング部のＹＺ平面での回動を規制する規制手段を備えるようにしてもよい。 Further, a regulating means for restricting the rotation of the handling portion in the YZ plane may be provided.

また、変位合成手段は、Ｘ方向変位を供給するＸ方向アクチュエータからの駆動力が入力されるＸ方向入力リンクと、Ｙ方向変位を供給するＹ方向アクチュエータからの駆動力が入力されるＹ方向入力リンクと、Ｘ方向およびＹ方向アクチュエータからの駆動力によるＸ方向およびＹ方向の変位が合成拡大されて出力される出力リンクとを有するパンタグラフ機構で構成されていてもよい。 Further, the displacement synthesizing means has an X-direction input link in which the driving force from the X-direction actuator that supplies the X-direction displacement is input, and a Y-direction input in which the driving force from the Y-direction actuator that supplies the Y-direction displacement is input. It may be composed of a pantograph mechanism having a link and an output link in which displacements in the X and Y directions due to driving forces from the X and Y direction actuators are combined and expanded and output.

さらに、ハンドリング部のエンドエフェクタの先端を中心としてハンドリング部が回動するようにハンドリング部の姿勢方向を変更するための駆動力を供給する姿勢変更アクチュエータをさらに備え、姿勢変更アクチュエータからの駆動力がＸ方向入力リンクまたはＹ方向入力リンクに入力されるようにしてもよい。 Further, a posture changing actuator that supplies a driving force for changing the posture direction of the handling part so that the handling part rotates around the tip of the end effector of the handling part is further provided, and the driving force from the posture changing actuator is provided. It may be input to the X-direction input link or the Y-direction input link.

本発明によれば、オフセット手段によりハンドリング部のＹＺ平面での回動により生じるＹ方向の変位分がオフセットされるので、ハンドリング部をＹＺ平面で回動させてもＹ方向での調整作業をなくすことができる、という効果を得ることができる。 According to the present invention, the displacement in the Y direction caused by the rotation of the handling portion in the YZ plane is offset by the offset means, so that even if the handling portion is rotated in the YZ plane, the adjustment work in the Y direction is eliminated. You can get the effect that you can.

本発明が適用可能な実施形態の微小物体ハンドリングシステムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the micro object handling system of embodiment to which this invention is applied. 実施形態の微小物体ハンドリングシステムを構成するマイクロマニピュレータの斜視図である。It is a perspective view of the micromanipulator which constitutes the micro object handling system of an embodiment. マイクロマニピュレータの平面図である。It is a top view of a micromanipulator. マイクロマニピュレータの正面図である。It is a front view of a micromanipulator. マイクロマニピュレータの背面図である。It is a rear view of a micromanipulator. Ｚ方向移動部の連結部材とハンドリング部の基部ユニットとの関係を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the relationship between the connecting member of the Z-direction moving part, and the base unit of a handling part. ハンドリング部をＹＺ平面で回動することにより生じるＹ方向の変位を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the displacement in the Y direction caused by rotating the handling part in a YZ plane. マイクロマニピュレータの動作説明図であり、（Ａ）はハンドリング部がＹＺ平面で鉛直方向に対し４５°の位置にある状態、（Ｂ）はハンドリング部を（Ａ）に示す状態からＹＺ平面で１５°回動させたときの状態、（Ｃ）はハンドリング部を（Ａ）に示す状態からＹＺ平面で３０°回動させたときの状態をそれぞれ示す。It is an operation explanatory diagram of the micromanipulator, (A) is a state where the handling part is at the position of 45 ° in the vertical direction in the YZ plane, (B) is the state which the handling part is shown in (A), and is 15 ° in the YZ plane. The state when the handling portion is rotated and (C) indicate the state when the handling portion is rotated by 30 ° on the YZ plane from the state shown in (A).

以下、図面を参照して、本発明を、細胞やマイクロ部品等の微小物体を取り扱うための微小物体ハンドリングシステムに適用した実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to a micro-object handling system for handling micro-objects such as cells and micro-parts will be described with reference to the drawings.

１．構成
１－１．微小物体ハンドリングシステム２０
図１に示すように、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０は、定盤１に架台４を介して固定され微小物体を取り扱うためのマイクロマニピュレータ１００と、定盤１に固定されマイクロマニピュレータ１００により取り扱われる微小物体を載置するためのステージ３と、支柱が定盤１に固定されＣＣＤカメラ５が装着された顕微鏡２と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略称する。）６と、ＰＣ６のスレーブコンピュータとしてマイクロマニピュレータ１００を制御する、プログラマブル・ロジック・コントローラ（以下、ＰＬＣと略称する。）等を内蔵したコントロールボックス８とを備えている。 1. 1. Configuration 1-1. Micro object handling system 20
As shown in FIG. 1, the micro object handling system 20 of the present embodiment is fixed to the surface plate 1 via a gantry 4 by a micromanipulator 100 for handling a minute object, and is fixed to the surface plate 1 by a micromanipulator 100. A stage 3 for placing a minute object to be handled, a microscope 2 in which a support column is fixed to a surface plate 1 and a CCD camera 5 is mounted, a personal computer (hereinafter abbreviated as PC) 6, and a slave of the PC 6. As a personal computer, it is provided with a control box 8 having a built-in programmable logic controller (hereinafter, abbreviated as PLC) or the like that controls the microscope 100.

ＰＣ６には、コントロールボックス８との入出力ケーブル、液晶表示装置等のモニタ７への出力ケーブルおよびＣＣＤカメラ５からの入力ケーブルが接続されている。コントロールボックス８は、マイクロマニピュレータ１００と接続ケーブル８ａで接続されているとともに、ジョイスティックや十字ボタン等を有しコントロールボックス８内のＰＬＣに命令を与えるためのコントローラ（入力装置）９に接続されている。従って、微小物体ハンドリングシステム２０のオペレータは、顕微鏡２の接眼レンズから直接、または、モニタ７を介して、ステージ３上に載置された微小物体１０を目視することができる。 An input / output cable to and from the control box 8, an output cable to a monitor 7 such as a liquid crystal display device, and an input cable from the CCD camera 5 are connected to the PC 6. The control box 8 is connected to the micromanipulator 100 by a connection cable 8a, and is connected to a controller (input device) 9 having a joystick, a cross button, and the like and giving commands to the PLC in the control box 8. .. Therefore, the operator of the minute object handling system 20 can visually recognize the minute object 10 placed on the stage 3 directly from the eyepiece of the microscope 2 or through the monitor 7.

コントロールボックス８に内蔵されたＰＬＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭの他に、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ等を有して構成されており、ＲＯＭに格納されたプログラムおよびプログラムデータに従って、ＰＣ６から基本動作命令を受信するとともに、ＰＣ６に登録商標イーサネット（Ethernet）を介してエンコーダ等で検出したデータや種々のアクチュエータのステータスを送信し、さらに、コントローラ９からの入力された命令を各アクチュエータ制御信号に変換して接続ケーブル８ａを介してマイクロマニピュレータ１００に出力する。 The PLC built in the control box 8 includes a D / A converter, an A / D converter, and the like in addition to the CPU, ROM, and RAM, and the PC 6 is configured according to the program and program data stored in the ROM. In addition to receiving basic operation commands from, the data detected by the encoder and the like and the status of various actuators are transmitted to the PC 6 via the registered trademark Ethernet (Ethernet), and the commands input from the controller 9 are controlled by each actuator. It is converted into a signal and output to the micromanipulator 100 via the connection cable 8a.

１－２．マイクロマニピュレータ１００
図２に示すように、マイクロマニピュレータ１００は、架台４（図１参照）に固定される基台１５０を有しており、大別して、微小物体にアクセスするためのエンドエフェクタ（接触子）を有するハンドリング部１０３と、ハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動可能に支持するとともに、ハンドリング部１０３をＺ方向に移動させるＺ方向移動部１０２と、入力されたＸ方向、Ｙ方向変位およびエンドエフェクタの揺動変位を合成してＺ方向移動部１０２に出力する変位合成部１０１と、ハンドリング部１０３のＹＺ平面での回動により生じるＹ方向の変位分をオフセットするθｖ補正部１０４とで構成されている。 1-2. Micromanipulator 100
As shown in FIG. 2, the micromanipulator 100 has a base 150 fixed to a pedestal 4 (see FIG. 1), and roughly includes an end effector (contactor) for accessing a minute object. The handling unit 103, the Z-direction moving unit 102 that rotatably supports the handling unit 103 on the YZ plane and moves the handling unit 103 in the Z direction, and the input X-direction, Y-direction displacement, and end effector shaking. It is composed of a displacement synthesis unit 101 that synthesizes dynamic displacement and outputs it to the Z-direction moving unit 102, and a θv correction unit 104 that offsets the displacement in the Y direction caused by the rotation of the handling unit 103 in the YZ plane. ..

（１）変位合成部１０１
図３～図５に示すように、変位合成部１０１は、Ｙ方向入力リンク１４１、Ｘ方向入力リンク１４２および出力リンク１４４を有するパンタグラフ機構１４０と、Ｘ方向入力リンク１４２にＸ方向変位を供給するＸ駆動部１２１と、Ｙ方向入力リンク１４１にＹ方向変位を供給するＹ駆動部１２２と、Ｙ方向入力リンク１４１にエンドエフェクタの揺動変位を供給するθｚ駆動部１２３とで構成されている。 (1) Displacement synthesis unit 101
As shown in FIGS. 3 to 5, the displacement synthesizing unit 101 supplies the X-direction displacement to the pantograph mechanism 140 having the Y-direction input link 141, the X-direction input link 142, and the output link 144, and the X-direction input link 142. It is composed of an X drive unit 121, a Y drive unit 122 that supplies a Y direction displacement to the Y direction input link 141, and a θz drive unit 123 that supplies a swing displacement of an end effector to the Y direction input link 141.

＜パンタグラフ機構１４０＞
図３に示すように、パンタグラフ機構１４０は、上述したＹ方向入力リンク１４１、Ｘ方向入力リンク１４２の他に７つの接続リンク１４５を有しており、各リンクは各回転対偶１４６を中心に回動可能に接続されている。Ｙ方向入力リンク１４１に入力されたＹ方向変位およびエンドエフェクタの揺動変位、並びに、Ｘ方向入力リンク１４２に入力されたＸ方向変位は、これらの接続リンク１４５を介して合成拡大されて出力リンク１４４に出力される。このようなパンタグラフ機構の詳細構成、作動原理等は背景技術欄で挙げた特許文献１に詳しく開示されている。なお、パンタグラフ機構１４０は、Ｘ駆動部１２１、Ｙ駆動部１２２およびθｚ駆動部１２３と干渉しないように上方に配置されている。 <Pantograph mechanism 140>
As shown in FIG. 3, the pantograph mechanism 140 has seven connection links 145 in addition to the Y-direction input link 141 and the X-direction input link 142 described above, and each link rotates around each rotation pair even 146. It is movably connected. The Y-direction displacement and end effector swing displacement input to the Y-direction input link 141, and the X-direction displacement input to the X-direction input link 142 are combined and expanded via these connection links 145 to the output link. It is output to 144. The detailed configuration, operating principle, and the like of such a pantograph mechanism are disclosed in detail in Patent Document 1 mentioned in the background technology column. The pantograph mechanism 140 is arranged above so as not to interfere with the X drive unit 121, the Y drive unit 122, and the θz drive unit 123.

＜Ｘ駆動部１２１＞
図３に示すように、Ｘ駆動部１２１は、基台１５０に立設された支持部材１４９に固定されており、エンコーダを有し正逆転可能なＸ方向アクチュエータ１２６（ステッピングモータ）と、Ｘ方向アクチュエータ１２６の出力軸であってエンコーダの反対側に配されたボールネジ１３１に係合するスライダ１３２と、スライダ１３２が摺動可能な直進ガイドレール１３３とで構成されている。スライダ１３２は上述したパンタグラフ機構１４０のＸ方向入力リンク１４２に接続されている。 <X drive unit 121>
As shown in FIG. 3, the X drive unit 121 is fixed to a support member 149 erected on the base 150, has an encoder, and has an X-direction actuator 126 (stepping motor) capable of forward / reverse rotation and an X-direction. It is composed of a slider 132 that engages with a ball screw 131 that is an output shaft of the actuator 126 and is arranged on the opposite side of the encoder, and a straight guide rail 133 on which the slider 132 can slide. The slider 132 is connected to the X-direction input link 142 of the pantograph mechanism 140 described above.

＜Ｙ駆動部１２２＞
図４に示すように、Ｙ駆動部１２２は、上述したＸ駆動部１２１と交差する方向で基台１５０に固定されており、Ｘ駆動部１２１と同様に、エンコーダを有し正逆転可能なＹ方向アクチュエータ１２５（ステッピングモータ）と、Ｙ方向アクチュエータ１２５の出力軸であってエンコーダの反対側に配されたボールネジ１３４に係合するスライダ１３５と、スライダ１３５が摺動可能な直進ガイドレール１３６とで構成されている。θｚアクチュエータ１２７（後述）は、板状のθｚ取り付け台１３７、スライダ１３５を介して直進ガイドレール１３６に取り付けられている。 <Y drive unit 122>
As shown in FIG. 4, the Y drive unit 122 is fixed to the base 150 in a direction intersecting the X drive unit 121 described above, and like the X drive unit 121, has an encoder and is capable of forward and reverse rotation. With a directional actuator 125 (stepping motor), a slider 135 that engages with a ball screw 134 that is the output shaft of the Y-direction actuator 125 and is arranged on the opposite side of the encoder, and a straight guide rail 136 on which the slider 135 can slide. It is configured. The θz actuator 127 (described later) is attached to the straight guide rail 136 via a plate-shaped θz mounting base 137 and a slider 135.

＜θｚ駆動部１２３＞
図４に示すように、θｚ駆動部１２３は、ハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端を中心としてハンドリング部１０３を回動（厳密には回転揺動機構学における揺動に相当するため、以下、揺動という。）させステージ３に載置された微小物体に対するハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端の姿勢方向を変更する駆動力（上述した揺動変位）を、パンタグラフ機構１４０のＹ方向入力リンク１４１に供給する。θｚ駆動部１２３はＹ駆動部１２２と一体化されている。 <θz drive unit 123>
As shown in FIG. 4, the θz drive unit 123 rotates the handling unit 103 around the tip of the end effector of the handling unit 103 (strictly speaking, it corresponds to the vibration in the rotational swing mechanism, and therefore, it swings hereafter. The driving force (the above-mentioned swing displacement) that changes the posture direction of the tip of the end effector of the handling unit 103 with respect to the minute object placed on the stage 3 is applied to the Y-direction input link 141 of the pantograph mechanism 140. Supply. The θz drive unit 123 is integrated with the Y drive unit 122.

θｚ駆動部１２３は、θｚ取り付け台１３７に取り付けられた正逆転可能なθｚアクチュエータ１２７（ステッピングモータ）と、両側端部がθｚ取り付け台１３７およびカバー１３８の上面でそれぞれ軸支されθｚアクチュエータ１２７からの駆動力を減速するための減速歯車列１４８と、減速歯車列１４８の出力をパンタグラフ機構１４０のＹ方向入力リンク１４１に伝達するためのレバー１４３とで構成されている。 The θz drive unit 123 is from the θz actuator 127 (stepping motor) which is mounted on the θz mount 137 and whose both end portions are axially supported by the upper surfaces of the θz mount 137 and the cover 138, respectively. It is composed of a reduction gear train 148 for reducing the driving force and a lever 143 for transmitting the output of the reduction gear train 148 to the Y-direction input link 141 of the pantograph mechanism 140.

図３に示すように、レバー１４３は支点１４７を中心に回動可能に構成されており、レバー１４３の先端部はパンタグラフ機構１４０のＹ方向入力リンク１４１と一体化されている。従って、Ｙ方向入力リンク１４１には、レバー１４３を介してＹ駆動部１２２によるＹ方向変位およびθｚ駆動部１２３による揺動変位が入力される。 As shown in FIG. 3, the lever 143 is configured to be rotatable around the fulcrum 147, and the tip end portion of the lever 143 is integrated with the Y-direction input link 141 of the pantograph mechanism 140. Therefore, the Y direction displacement by the Y drive unit 122 and the swing displacement by the θz drive unit 123 are input to the Y direction input link 141 via the lever 143.

なお、上述した接続ケーブル８ａ（図１参照）は基台１５０に固定され図示を省略した中継基板に接続されており、この中継基板を介してＹ方向アクチュエータ１２５、Ｘ方向アクチュエータ１２６およびθｚアクチュエータ１２７に駆動パルスが供給される。 The connection cable 8a (see FIG. 1) described above is fixed to the base 150 and connected to a relay board (not shown), and the Y-direction actuator 125, the X-direction actuator 126, and the θz actuator 127 are connected via the relay board. A drive pulse is supplied to.

（２）Ｚ方向移動部１０２
図４および図５に示すように、Ｚ方向移動部１０２は、正逆転可能なＺ方向アクチュエータ１２８（ステッピングモータ）と、減速歯車列（不図示）を内蔵しＺ方向アクチュエータ１２８からの回転駆動力を減速するためのギアボックス１７１と、Ｚ方向直動機構１２４と、ハンドリング部１０３と連結するための連結部材１６４とを有して構成されている。 (2) Z-direction moving unit 102
As shown in FIGS. 4 and 5, the Z-direction moving unit 102 incorporates a Z-direction actuator 128 (stepping motor) capable of forward / reverse rotation and a reduction gear train (not shown), and a rotational driving force from the Z-direction actuator 128. It is configured to have a gearbox 171 for decelerating the speed, a Z-direction linear motion mechanism 124, and a connecting member 164 for connecting to the handling portion 103.

Ｚ方向直動機構１２４は、ボールネジ１７２、ナット１７３、不図示のスライダおよび直進ガイドレール、ホルダ１７４で構成されている。すなわち、ギアボックス１７１の減速歯車列の出力端には下方に延出したボールネジ１７２が接続されている。ボールネジ１７２の先端部側は、ギアボックス１７１に固定されたホルダ１７４に回転可能に軸支されている。ボールネジ１７２にはナット１７３が螺合しており、ナット１７３には連結部材１６４を介して不図示のスライダが固定されている。また、ギアボックス１７１からはボールネジ１７２と平行するように不図示の直進ガイドレールが配設されており、この直進ガイドレールの先端部側がホルダ１７４に固定されている。不図示のスライダは不図示の直進ガイドレール上を摺動可能に構成されている。 The Z-direction linear motion mechanism 124 includes a ball screw 172, a nut 173, a slider (not shown), a linear guide rail, and a holder 174. That is, a ball screw 172 extending downward is connected to the output end of the reduction gear train of the gearbox 171. The tip end side of the ball screw 172 is rotatably supported by a holder 174 fixed to the gearbox 171. A nut 173 is screwed to the ball screw 172, and a slider (not shown) is fixed to the nut 173 via a connecting member 164. Further, a straight guide rail (not shown) is arranged from the gearbox 171 so as to be parallel to the ball screw 172, and the tip end side of the straight guide rail is fixed to the holder 174. The slider (not shown) is configured to be slidable on a straight guide rail (not shown).

Ｚ方向移動部１０２は後述するスライダ機構で変位合成部１０１に連結されており、Ｚ方向移動部１０２には上述したパンタグラフ機構１４０の出力リンク１４４からの出力が伝達される。なお、連結部材１６４は、その基部側（図４、図５に示す部分）がボールネジ１７２が貫通する箇所を除きナット１７３の底面および側面の大部分を覆うようにナット１７３の周囲に配されており（図２も参照）、上述したスライダは連結部材１６４の基部側面に固定されている。 The Z-direction moving unit 102 is connected to the displacement synthesis unit 101 by a slider mechanism described later, and the output from the output link 144 of the pantograph mechanism 140 described above is transmitted to the Z-direction moving unit 102. The connecting member 164 is arranged around the nut 173 so that the base side (the portion shown in FIGS. 4 and 5) covers most of the bottom surface and the side surface of the nut 173 except for the portion through which the ball screw 172 penetrates. The cage (see also FIG. 2), the slider described above is fixed to the side surface of the base of the connecting member 164.

（３）ハンドリング部１０３
図２～図５に示すように、ハンドリング部１０３は、把持指を有する先端ユニット１０５と、上述したＺ方向移動部１０２と先端ユニット１０５とを連結する基部ユニット１０６とで構成されている。なお、本実施形態では把持指を例示するが、本発明はこれに限るものではない。 (3) Handling unit 103
As shown in FIGS. 2 to 5, the handling portion 103 includes a tip unit 105 having a gripping finger, and a base unit 106 connecting the above-mentioned Z-direction moving portion 102 and the tip unit 105. Although the gripping finger is illustrated in the present embodiment, the present invention is not limited to this.

＜先端ユニット１０５＞
先端ユニット１０５は基部ユニット１０６に固定されており、基部ユニット１０６とは反対側に微小物体を把持するための固定指と可動指との２本の把持指を有している。固定指、可動指には、それぞれ微小物体にアクセスするためのエンドエフェクタ１１０ａ、１１０ｂが取り付けられている。 <Tip unit 105>
The tip unit 105 is fixed to the base unit 106, and has two gripping fingers, a fixed finger and a movable finger, for gripping a minute object on the opposite side of the base unit 106. End effectors 110a and 110b for accessing minute objects are attached to the fixed finger and the movable finger, respectively.

可動指はエンドエフェクタ１１０ｂの先端が固定指のエンドエフェクタ１１０ａの先端と離間するように不図示の捩りコイルバネで付勢されている。先端ユニット１０５にはメータ等のアクチュエータ１２９が取り付けられており、アクチュエータ１２９の出力軸には回動軸１１１を回動支点とし可動指に連結されたレバー１１２が固着している（図４、図５参照）。アクチュエータ１２９を駆動すると、レバー１１２が捩りコイルバネの付勢力に抗して回動軸１１１を支点に回動することで、固定指のエンドエフェクタ１１０ａの先端に可動指のエンドエフェクタ１１０ｂの先端が近接する。 The movable finger is urged by a torsion coil spring (not shown) so that the tip of the end effector 110b is separated from the tip of the end effector 110a of the fixed finger. An actuator 129 such as a meter is attached to the tip unit 105, and a lever 112 connected to a movable finger with the rotation shaft 111 as a rotation fulcrum is fixed to the output shaft of the actuator 129 (FIGS. 4 and 4). 5). When the actuator 129 is driven, the lever 112 rotates around the rotation shaft 111 against the urging force of the torsion coil spring, so that the tip of the end effector 110b of the movable finger is close to the tip of the end effector 110a of the fixed finger. do.

なお、エンドエフェクタ１１０ａおよびエンドエフェクタ１１０ｂは、先端同士が接触するように固定指および可動指の少なくとも一方に配設された図示しないネジで調整可能である。このとき、先端同士が接触する際の接触点および回動軸１１１の軸芯を結ぶ仮想線とエンドエフェクタ１１０ａとがなす角度と、接触点および回動軸１１１の軸芯を結ぶ仮想線とエンドエフェクタ１１０ｂとがなす角度とが同じくなるように調整するようにしてもよい。 The end effector 110a and the end effector 110b can be adjusted with screws (not shown) arranged on at least one of a fixed finger and a movable finger so that the tips thereof come into contact with each other. At this time, the angle formed by the end effector 110a and the contact point when the tips are in contact with each other and the virtual line connecting the axis of the rotating shaft 111, and the virtual line connecting the contact point and the axis of the rotating shaft 111 and the end. It may be adjusted so that the angle formed by the effector 110b is the same.

＜基部ユニット１０６＞
基部ユニット１０６は上部に図示を省略したメスコネクタを内蔵している。図２～図５はこのメスコネクタにオスコネクタ１３０が接続された状態を示しており、オスコネクタ１３０より先のケーブルを捨象している。捨象したケーブルの他端側にもオスコネクタが接続されており、このオスコネクタが上述した中継基板のメスコネクタに接続されている。このため、基部ユニット１０６は、中継基板を介して供給される先端ユニット１０５のアクチュエータ１２９の駆動電力とＺ方向移動部１０２のＺ方向アクチュエータ１２８の駆動パルスを中継する機能を有している。 <Base unit 106>
The base unit 106 has a built-in female connector (not shown) at the top. 2 to 5 show a state in which the male connector 130 is connected to the female connector, and the cable ahead of the male connector 130 is discarded. A male connector is also connected to the other end of the discarded cable, and this male connector is connected to the female connector of the relay board described above. Therefore, the base unit 106 has a function of relaying the drive power of the actuator 129 of the tip unit 105 supplied via the relay board and the drive pulse of the Z-direction actuator 128 of the Z-direction moving unit 102.

また、基部ユニット１０６（ハンドリング部１０３）はＹＺ平面で回動可能にＺ方向移動部１０２に連結されている。図６に示すように、Ｚ方向移動部１０２の連結部材１６４には、規制ピン１６５、１６６がそれぞれ正面側（図６の右側）、背面側（図６の左側）に突設されており、基部ユニット１０６側の先端部には軸受１６７が固定されている。軸受１６７内にはシャフト１５１が挿通されており、連結部材１６４は軸受１６７内でシャフト１５１を回動可能に軸受１６７を支持している。 Further, the base unit 106 (handling unit 103) is rotatably connected to the Z-direction moving unit 102 on the YZ plane. As shown in FIG. 6, the regulation pins 165 and 166 are projected from the front side (right side in FIG. 6) and the back side (left side in FIG. 6) to the connecting member 164 of the Z-direction moving portion 102, respectively. A bearing 167 is fixed to the tip on the base unit 106 side. A shaft 151 is inserted in the bearing 167, and the connecting member 164 supports the bearing 167 so that the shaft 151 can rotate in the bearing 167.

一方、基部ユニット１０６側では、シャフト１５１が基部ユニット１０６の背面側に配された側面部材１８３（図５も参照）および基部ユニット１０６の正面側に配された側面部材１８１（図４も参照）を貫通している。また、シャフト１５１は、シャフト１５１に突設された平行ピン１６８が側面部材１８３に形成された溝に嵌着することで基部ユニット１０６に固定されている。 On the other hand, on the base unit 106 side, the side member 183 (see also FIG. 5) in which the shaft 151 is arranged on the back side of the base unit 106 and the side member 181 arranged on the front side of the base unit 106 (see also FIG. 4). Penetrates. Further, the shaft 151 is fixed to the base unit 106 by fitting a parallel pin 168 projecting from the shaft 151 into a groove formed in the side surface member 183.

シャフト１５１の背面側端部にはプーリ１５３が嵌着しており、プーリ１５３にはベルト１５５が巻き掛けられている。また、シャフト１５１は正面側端部に縮径された縮径部１５１ａを有しており、縮径部１５１ａには雄ネジが螺設されている。縮径部１５１は回転ダイヤル（ノブ）１６３の軸方向に形成された雌ネジ部１６３ａと螺合している。 A pulley 153 is fitted to the rear end of the shaft 151, and a belt 155 is wound around the pulley 153. Further, the shaft 151 has a reduced diameter portion 151a at the front end portion, and a male screw is screwed to the reduced diameter portion 151a. The reduced diameter portion 151 is screwed with the female screw portion 163a formed in the axial direction of the rotary dial (knob) 163.

このため、シャフト１５１の縮径部１５１ａと回転ダイヤル１６３の雌ネジ部１６３ａとの螺合長が大きく（長く）なる方向に回転ダイヤル１６３を回すと、回転ダイヤル１６３の先端面の押圧力により軸受１６７は側面部材１８１と側面部材１８３とに挟まれて回動が規制される。 Therefore, when the rotary dial 163 is turned in the direction in which the threaded length between the reduced diameter portion 151a of the shaft 151 and the female screw portion 163a of the rotary dial 163 becomes larger (longer), the bearing is driven by the pressing force on the tip surface of the rotary dial 163. The 167 is sandwiched between the side surface member 181 and the side surface member 183, and its rotation is restricted.

逆に、縮径部１５１ａと雌ネジ部１６３ａとの螺合長が小さく（短く）なる方向に回転ダイヤル１６３を回すと、軸受１６７は側面部材１８１と側面部材１８３とによる規制が解かれて回動可能な状態となる。このとき、基部ユニット１０６は、平行ピン１６８によりシャフト１５１と一体化しているため、軸受１６７（連結部材１６４ひいてはＺ方向移動部１０２）に対してＹＺ平面で回動可能な状態となる。なお、側面部材１８１、１８３の先端部にはそれぞれ係止爪１８２、１８４が形成されており（図４、図５も参照）、これらの係止爪１８２、１８４が連結部材１６４に突設された規制ピン１６５、１６６に係止することで基部ユニット１０６は所定角以上の下方への回動が規制される。 On the contrary, when the rotary dial 163 is turned in the direction in which the screw length between the reduced diameter portion 151a and the female screw portion 163a becomes smaller (shorter), the bearing 167 is rotated by releasing the regulation by the side member 181 and the side member 183. It will be in a movable state. At this time, since the base unit 106 is integrated with the shaft 151 by the parallel pin 168, it is in a state of being rotatable in the YZ plane with respect to the bearing 167 (connecting member 164 and thus the Z-direction moving portion 102). Locking claws 182 and 184 are formed at the tips of the side surface members 181 and 183 (see also FIGS. 4 and 5), and these locking claws 182 and 184 are projected onto the connecting member 164. By locking the regulation pins 165 and 166, the base unit 106 is restricted from rotating downward by a predetermined angle or more.

（４）θｖ補正部１０４
図７は、シャフト１５１を中心にハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させることにより生じるＹ方向の変位を模式的に示す説明図である。シャフト１５１の軸芯をＯ、軸芯Ｏからハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までの長さをｌとし、ハンドリング部１０３を水平方向から角度θ１回動させた状態を線分Ａで表すと、線分ＡのＹ方向での長さは（ｌ×ｃｏｓθ１）で求めることができる。この状態からハンドリング部１０３を角度θｖ［θｖ＝（θ２－θ１）］下方に回動させると、軸芯Ｏからハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までは線分Ｂで表すことができる。線分ＢのＹ方向での長さは（ｌ×ｃｏｓθ２）で求めることができる。 (4) θv correction unit 104
FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing the displacement in the Y direction caused by rotating the handling portion 103 in the YZ plane around the shaft 151. When the axis of the shaft 151 is O, the length from the axis O to the tip of the end effector of the handling portion 103 is l, and the handling portion 103 is rotated by an angle θ1 from the horizontal direction, it is represented by a line segment A. The length of the line segment A in the Y direction can be obtained by (l × cos θ1). When the handling portion 103 is rotated downward by an angle θv [θv = (θ2-θ1)] from this state, the line segment B can be represented from the axis O to the tip of the end effector of the handling portion 103. The length of the line segment B in the Y direction can be obtained by (l × cos θ2).

従って、シャフト１５１の軸芯Ｏを中心にハンドリング部１０３をＹＺ平面でθｖ度下方に回動させることにより生じるＹ方向の変位Δｌは、Δｌ＝ｌ×（ｃｏｓθ１－ｃｏｓθ２）で求めることができる。本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０では、顕微鏡２を介してエンドエフェクタの先端を捉えているため、このＹ方向の変位Δｌが所定値を越えるとエンドエフェクタの先端を顕微鏡２で捉えることができなくなる。 Therefore, the displacement Δl in the Y direction caused by rotating the handling portion 103 downward by θv degree in the YZ plane about the axis O of the shaft 151 can be obtained by Δl = l × (cosθ1-cosθ2). In the micro object handling system 20 of the present embodiment, since the tip of the end effector is captured through the microscope 2, the tip of the end effector can be captured by the microscope 2 when the displacement Δl in the Y direction exceeds a predetermined value. It disappears.

θｖ補正部１０４は、Ｚ方向移動手段１０２と変位合成部１０１の出力リンク１４４との間のＹ方向での距離を調整することで、このＹ方向の変位Δｌ分を打ち消す（オフセットする）ものである。θｖ補正部１０４は、Ｚ方向移動部１０２と変位合成部１０１との間に設けられており、カム機構と、スライダ機構と、θｖ伝達機構とで構成されている。なお、θｖ伝達機構は厳密には上述した基部ユニット１０６の一部を構成するものであるが、以下では説明の便宜上、θｖ補正部１０４に含まれるものとして説明する。 The θv correction unit 104 cancels (offsets) the displacement Δl in the Y direction by adjusting the distance in the Y direction between the Z-direction moving means 102 and the output link 144 of the displacement synthesis unit 101. be. The θv correction unit 104 is provided between the Z-direction moving unit 102 and the displacement synthesis unit 101, and is composed of a cam mechanism, a slider mechanism, and a θv transmission mechanism. Strictly speaking, the θv transmission mechanism constitutes a part of the above-mentioned base unit 106, but will be described below as being included in the θv correction unit 104 for convenience of explanation.

＜カム機構＞
カム機構は、図３～図５に示すように、Ｚ方向移動部１０２の変位合成部１０１側に設けられたカム１５６と、変位合成部１０１の出力リンク１４４に固定されカム１５６に当接するカムフォロア１５７とで構成されている。 <Cam mechanism>
As shown in FIGS. 3 to 5, the cam mechanism is a cam follower fixed to the cam 156 provided on the displacement combining unit 101 side of the Z-direction moving unit 102 and the output link 144 of the displacement combining unit 101 and abutting on the cam 156. It is composed of 157.

すなわち、Ｚ方向移動部１０２を構成するホルダ１７４の変位合成部１０１側には軸受部材１６９が固定されており、この軸受部材１６９がカム１５６の回動軸となるシャフト１５２を軸支している。また、カムフォロア１５７は、変位合成部１０１の出力リンク１４４に固定された軸受部材と、この軸受部材に両端部が軸支されたピン状部材とで構成されている（図３参照）。カム１５６のカム面にはハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させることにより生じるＹ方向の変位Δｌ分をＹ方向で打ち消すためのカム曲線が形成されている。換言すれば、カム機構（θｖ補正部１０４）は、Ｚ方向移動部１０２と変位合成部１０１との間のＹ方向での距離を調整することで、ハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させることにより生じるＹ方向の変位Δｌ分をオフセットする。 That is, a bearing member 169 is fixed to the displacement synthesis portion 101 side of the holder 174 constituting the Z-direction moving portion 102, and the bearing member 169 pivotally supports the shaft 152 which is the rotation axis of the cam 156. .. Further, the cam follower 157 is composed of a bearing member fixed to the output link 144 of the displacement synthesis unit 101 and a pin-shaped member whose both ends are pivotally supported by the bearing member (see FIG. 3). A cam curve is formed on the cam surface of the cam 156 to cancel the displacement Δl in the Y direction caused by rotating the handling portion 103 on the YZ plane in the Y direction. In other words, the cam mechanism (θv correction unit 104) rotates the handling unit 103 in the YZ plane by adjusting the distance between the Z direction moving unit 102 and the displacement combining unit 101 in the Y direction. Offsets the displacement Δl in the Y direction caused by the above.

＜スライダ機構＞
カム機構によるカム動作を確保するために、スライダ機構は、Ｚ方向移動部１０２をＹ方向に移動可能に支持するスライダホルダ１６０と、引っ張りバネ１５８、１５９とで構成されている。 <Slider mechanism>
In order to secure the cam operation by the cam mechanism, the slider mechanism is composed of a slider holder 160 that supports the Z-direction moving portion 102 so as to be movable in the Y direction, and a tension spring 158 and 159.

すなわち、スライダホルダ１６０の上部は出力リンク１４４に固定されている。スライダホルダ１６０にはガイドレール１６２が内蔵されており、Ｚ方向移動部１０２を構成するホルダ１７４の変位合成部１０１側の最下端部からスライダホルダ１６０に向けて突設されたスライダ１６１がガイドレール１６２に摺接することで、Ｚ方向移動部１０２およびハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）はＹ方向に移動可能に構成されている。また、引っ張りバネ１５８、１５９はカム１５６とカムフォロア１５７とが圧接するための付勢力を付与するためのもので、スライダホルダ１６０とホルダ１７４と間に張架されている。このため、Ｚ方向移動部１０２およびハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）は、引っ張りバネ１５８、１５９の付勢力により常に変位合成部１０１側に引っ張られている。 That is, the upper portion of the slider holder 160 is fixed to the output link 144. The slider holder 160 has a built-in guide rail 162, and the slider 161 projecting from the lowermost end portion of the holder 174 constituting the Z-direction moving portion 102 on the displacement combining portion 101 side toward the slider holder 160 is a guide rail. By sliding in contact with 162, the Z-direction moving portion 102 and the handling portion 103 (base unit 106) are configured to be movable in the Y direction. Further, the tension springs 158 and 159 are for applying an urging force for pressure contact between the cam 156 and the cam follower 157, and are stretched between the slider holder 160 and the holder 174. Therefore, the Z-direction moving portion 102 and the handling portion 103 (base unit 106) are always pulled toward the displacement combining portion 101 by the urging force of the tension springs 158 and 159.

＜θｖ伝達機構＞
また、θｖ補正部１０４には、シャフト１５１を中心にハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させたときの角度θｖがハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）から伝達される。 <θv transmission mechanism>
Further, the angle θv when the handling unit 103 is rotated in the YZ plane around the shaft 151 is transmitted to the θv correction unit 104 from the handling unit 103 (base unit 106).

具体的には、図５に示すように、シャフト１５２の背面側端部にはプーリ１５４が嵌着しており、プーリ１５４にはベルト１５５が巻き掛けられている。ベルト１５５はシャフト１５１に嵌着したプーリ１５３との間で張架されている。このため、カム１５６はハンドリング部１０３がＹＺ平面で回動したときに同期して回動する。なお、図５（および図１、図６）ではプーリ１５３により他の部材が隠れるため小径として模式的に示しているが、実際には図５等に示したものより大径となる。 Specifically, as shown in FIG. 5, a pulley 154 is fitted to the rear end of the shaft 152, and a belt 155 is wound around the pulley 154. The belt 155 is stretched between the pulley 153 fitted to the shaft 151. Therefore, the cam 156 rotates synchronously when the handling portion 103 rotates in the YZ plane. In FIG. 5 (and FIGS. 1 and 6), the diameter is schematically shown as a small diameter because other members are hidden by the pulley 153, but the diameter is actually larger than that shown in FIG. 5 and the like.

２．動作
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０の動作について、マイクロマニピュレータ１００の動作を中心にマイクロマニピュレータ１００を構成する各部ごとに説明する。 2. 2. Operation Next, the operation of the micro object handling system 20 of the present embodiment will be described for each part constituting the micro manipulator 100, centering on the operation of the micro manipulator 100.

２－１．一般的動作
まず、オペレータは、図１に示すように、ステージ３に載置された微小物体１０、ハンドリング部１０３のエンドエフェクタ１１０ａ、１１０ａを、顕微鏡２、カメラ５およびＰＣ６を介して、モニタ７の画面内に捉える。この状態で、オペレータは、コントローラ９からコントロールボックス８のＰＬＣを介してマイクロマニピュレータ１００に、Ｙ方向、Ｘ方向、θｚ方向（エンドエフェクタ５０５ａの先端部を中心とするハンドリング部１０３の揺動角度、すなわち、ハンドリング部１０３の姿勢方向）、Ｚ方向と、把持指に対するハンドリング（開閉）の指令を与えて、微小物体１０とエンドエフェクタ１１０ａ、１１０ｂとの相対関係を制御する。 2-1. General operation First, as shown in FIG. 1, the operator monitors the minute object 10 mounted on the stage 3 and the end effectors 110a and 110a of the handling unit 103 via the microscope 2, the camera 5, and the PC 6. Capture in the screen of. In this state, the operator tells the micromanipulator 100 from the controller 9 via the PLC of the control box 8 in the Y direction, the X direction, and the θz direction (the swing angle of the handling portion 103 centered on the tip end portion of the end effector 505a. That is, the relative relationship between the minute object 10 and the end effectors 110a and 110b is controlled by giving commands for handling (opening and closing) to the gripping finger in the posture direction) and Z direction of the handling unit 103.

＜Ｙ方向駆動＞
Ｙ方向アクチュエータ１２５に作動信号（駆動パルス）が与えられると、Ｙ方向アクチュエータ１２５は、ボールネジ１３４を回転させ、スライダ１３５を介して、直進ガイドレール１３６に取り付けられたθｚアクチュエータ１２７の位置を図４の左右方向に移動させる。このとき、ＰＬＣは、Ｘ方向アクチュエータ１２６を励磁するとともに、θｚアクチュエータ１２７を励磁してθｚ＝０°の状態を維持している。 <Y direction drive>
When an operation signal (drive pulse) is given to the Y-direction actuator 125, the Y-direction actuator 125 rotates the ball screw 134, and the position of the θz actuator 127 attached to the straight guide rail 136 via the slider 135 is shown in FIG. Move in the left-right direction of. At this time, the PLC excites the X-direction actuator 126 and excites the θz actuator 127 to maintain the state of θz = 0 °.

＜Ｘ方向駆動＞
Ｘ方向アクチュエータ１２６に作動信号が与えられると、Ｘ方向アクチュエータ１２６は、ボールネジ１３１を回転させ、スライダ１３２を介して、パンタグラフ機構１４０のＸ方向入力リンク１４２を図３の上下方向に移動させる。このとき、ＰＬＣは、Ｙ方向アクチュエータ１２５を励磁するとともに、θｚアクチュエータ１２７を励磁してθｚ＝０°の状態を維持している。 <Drive in X direction>
When an operation signal is given to the X-direction actuator 126, the X-direction actuator 126 rotates the ball screw 131 and moves the X-direction input link 142 of the pantograph mechanism 140 in the vertical direction of FIG. 3 via the slider 132. At this time, the PLC excites the Y-direction actuator 125 and excites the θz actuator 127 to maintain the state of θz = 0 °.

＜ＸＹ方向駆動＞
上述したように、Ｘ方向、Ｙ方向の入力によりパンタグラフ機構１４０の出力リンク１４４にはＸ方向、Ｙ方向の変位を合成した変位が出力される。上記のＸ方向駆動およびＹ方向駆動では、説明を簡単にするために、Ｙ方向駆動を行うときにはＸ方向アクチュエータ１２６を励磁した状態のままとしＸ方向入力リンク１４２を移動させない例を示し、また、Ｘ方向駆動を行うときにはＹ方向アクチュエータ１２５を励磁した状態のままとしＹ方向入力リンク１４１を移動させない例を示したが、Ｘ方向駆動とＹ方向駆動とを同時に行うことができることはいうまでもない。なお、ＸＹ方向駆動を行うときは、パンタフラフ機構１４０の姿勢を保つため、θｚアクチュエータ１２８を励磁してθｚ＝０°の状態を維持する。 <Drive in XY direction>
As described above, the displacement combined with the displacements in the X direction and the Y direction is output to the output link 144 of the pantograph mechanism 140 by the input in the X direction and the Y direction. In the above-mentioned X-direction drive and Y-direction drive, for the sake of simplicity, an example is shown in which the X-direction actuator 126 is kept excited and the X-direction input link 142 is not moved when the Y-direction drive is performed. An example is shown in which the Y-direction actuator 125 is left excited and the Y-direction input link 141 is not moved when the X-direction drive is performed, but it goes without saying that the X-direction drive and the Y-direction drive can be performed at the same time. .. When driving in the XY directions, the θz actuator 128 is excited to maintain the state of θz = 0 ° in order to maintain the posture of the pantograph mechanism 140.

＜θｚ方向駆動＞
θｚアクチュエータ１２７に作動信号が与えられると、θｚアクチュエータ１２７は出力軸に連結された減速歯車列１４８を回転させる。減速歯車列１４８の出力端に嵌着されたレバー１４３は、支点１４７を支点として、パンタグラフ機構１４０のＹ方向入力リンク１４１に揺動変位を与える。 <Drive in θz direction>
When an operation signal is given to the θz actuator 127, the θz actuator 127 rotates the reduction gear train 148 connected to the output shaft. The lever 143 fitted to the output end of the reduction gear train 148 imparts a swing displacement to the Y-direction input link 141 of the pantograph mechanism 140 with the fulcrum 147 as the fulcrum.

＜Ｚ方向駆動＞
Ｚ方向アクチュエータ１２８に駆動信号が与えられると、Ｚ方向アクチュエータ１２８はギアボックス１７１内の減速歯車列を介してボールネジ１７２を回転させ、連結部材１６４を介して一体化されたハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）を上述したガイドレールに沿ってＺ方向移動させる。 <Z direction drive>
When a drive signal is given to the Z-direction actuator 128, the Z-direction actuator 128 rotates the ball screw 172 via the reduction gear train in the gearbox 171 and is integrated with the handling unit 103 (base unit) via the connecting member 164. 106) is moved in the Z direction along the guide rail described above.

＜把持駆動＞
アクチュエータ１２９に駆動電力が与えられると、レバー１１２は回転軸１１１を支点として回動する。これにより、可動指のエンドエフェクタ１１０ｂは、固定指のエンドエフェクタ１１０ａに対し、近接、または、離間する動きをする。従って、エンドエフェクタ１１０ａ、１１０ｂは、微小物体１０の把持ないし把持した微小物体１０の開放を行うことができる。 <Grip drive>
When the driving power is applied to the actuator 129, the lever 112 rotates with the rotation shaft 111 as a fulcrum. As a result, the end effector 110b of the movable finger moves closer to or further from the end effector 110a of the fixed finger. Therefore, the end effectors 110a and 110b can grip the micro-object 10 or open the gripped micro-object 10.

２－２．特色的動作
上記動作中またはその前後に、オペレータがハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させたいときには、回転ダイヤル１６３を所定方向に回す。これにより、回転ダイヤル１６３の側圧で回動が規制されていたハンドリング部１０３がＹＺ平面で回動可能な状態となる。オペレータは例えば基部ユニット１０６を押圧することで所望角ハンドリング部１０３をＹＺ平面で回動させる。 2-2. Characteristic operation When the operator wants to rotate the handling unit 103 on the YZ plane during or before and after the above operation, the rotation dial 163 is rotated in a predetermined direction. As a result, the handling portion 103 whose rotation is restricted by the lateral pressure of the rotary dial 163 becomes rotatable on the YZ plane. The operator rotates the desired angle handling portion 103 in the YZ plane by, for example, pressing the base unit 106.

ハンドリング部１０３の回動に応じて、シャフト１５１からベルト１５５を介してシャフト１５２に回動力が伝達されカム１５６が回動する。カム１５６が回動すると、Ｚ方向移動部１０２およびハンドリング部１０３（基部ユニット１０６）はカム曲線に追従するようにスライダ１６１を介してＹ方向に移動する。カム曲線はハンドリング部１０３の回動によって生じるＹ方向の変位Δｌを打ち消すように設定されているため、変位合成部１０１の出力リンク１４４からハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までの距離は一定（回動前後で同じ）となる。 In response to the rotation of the handling portion 103, rotational power is transmitted from the shaft 151 to the shaft 152 via the belt 155, and the cam 156 rotates. When the cam 156 rotates, the Z-direction moving portion 102 and the handling portion 103 (base unit 106) move in the Y direction via the slider 161 so as to follow the cam curve. Since the cam curve is set to cancel the displacement Δl in the Y direction caused by the rotation of the handling unit 103, the distance from the output link 144 of the displacement synthesis unit 101 to the tip of the end effector of the handling unit 103 is constant (times). It is the same before and after the movement).

図８は、このような動作でのマイクロマニピュレータ１００の状態を模式的に示したものである。図８（Ａ）はハンドリング部１０３がＹＺ平面で鉛直方向に対し４５°の位置にある状態を示している。 FIG. 8 schematically shows the state of the micromanipulator 100 in such an operation. FIG. 8A shows a state in which the handling portion 103 is located at a position of 45 ° with respect to the vertical direction on the YZ plane.

図８（Ｂ）は、この状態からオペレータがハンドリング部１０３を角度θｖ＝１５°上方に回動させた状態を示したものである。ハンドリング部１０３のＹ方向での変位が大きくなる分、カム１５６の回動に伴ってガイドレール１６２とスライダ１６１との位置関係が変わり変位合成部１０１の出力リンク１４４とＺ方向移動部１０２のホルダ１７４との距離は短くなるが、変位合成部１０１の出力リンク１４４からハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までの距離Ｌは図８（Ａ）の状態と同じである。 FIG. 8B shows a state in which the operator rotates the handling unit 103 upward by an angle θv = 15 ° from this state. As the displacement of the handling unit 103 in the Y direction increases, the positional relationship between the guide rail 162 and the slider 161 changes as the cam 156 rotates, and the output link 144 of the displacement synthesis unit 101 and the holder of the Z direction moving unit 102. Although the distance from 174 is shortened, the distance L from the output link 144 of the displacement synthesis unit 101 to the tip of the end effector of the handling unit 103 is the same as that in FIG. 8 (A).

図８（Ｃ）は、図８（Ａ）の状態からハンドリング部１０３を角度θｖ＝３０°上方に回動させた状態を示したものである。ハンドリング部１０３のＹ方向での変位が大さらにきくなる分、カム１５６の回動に伴ってガイドレール１６２とスライダ１６１との位置関係が変わり変位合成部１０１の出力リンク１４４とＺ方向移動部１０２のホルダ１７４との距離は図８（Ｂ）の状態よりさらに短くなるが、変位合成部１０１の出力リンク１４４からハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までの距離Ｌは図８（Ａ）および図８（Ｂ）の状態と同じである。 FIG. 8C shows a state in which the handling portion 103 is rotated upward by an angle θv = 30 ° from the state of FIG. 8A. As the displacement of the handling unit 103 in the Y direction becomes much larger, the positional relationship between the guide rail 162 and the slider 161 changes as the cam 156 rotates, and the output link 144 of the displacement synthesis unit 101 and the Z-direction moving unit 102. The distance L from the holder 174 to the holder 174 is further shorter than that in FIG. 8 (B), but the distance L from the output link 144 of the displacement combining unit 101 to the tip of the end effector of the handling unit 103 is shown in FIGS. 8 (A) and 8. It is the same as the state of (B).

オペレータはハンドリング部１０３をＹＺ平面で所望角度回動させた後は、回転ダイヤル１６３を上述した所定方向の反対方向に回すことにより回転ダイヤル１６３の側圧でハンドリング部１０３を固定する。ハンドリング部１０３はＹＺ平面での回動が規制された状態となり、オペレータは上述した一般的動作を開始ないし再開する。 After rotating the handling unit 103 in the YZ plane by a desired angle, the operator rotates the rotary dial 163 in the opposite direction to the predetermined direction described above to fix the handling unit 103 by the lateral pressure of the rotary dial 163. The handling unit 103 is in a state where rotation in the YZ plane is restricted, and the operator starts or restarts the above-mentioned general operation.

３．作用効果等
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）の作用効果等について説明する。 3. 3. Action and effect, etc. Next, the action and effect of the micro object handling system 20 (micromanipulator 100) of the present embodiment will be described.

３－１．作用効果
本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）では、ハンドリング部１０３が回動するとθｖ補正部１０４のカム１５６が回動し、Ｚ方向移動部１０２およびハンドリング部１０３はカム１５６のカム曲線に追従するようにスライダ１６１を介してＹ方向に移動する。カム曲線はハンドリング部１０３の回動によって生じるＹ方向の変位Δｌをオフセットするように設定されているため、変位合成部１０１の出力リンク１４４からハンドリング部１０３のエンドエフェクタの先端までの距離Ｌは一定となる。 3-1. Action effect In the micro object handling system 20 (micromanipulator 100) of the present embodiment, when the handling unit 103 rotates, the cam 156 of the θv correction unit 104 rotates, and the Z direction moving unit 102 and the handling unit 103 of the cam 156. It moves in the Y direction via the slider 161 so as to follow the cam curve. Since the cam curve is set to offset the displacement Δl in the Y direction caused by the rotation of the handling unit 103, the distance L from the output link 144 of the displacement synthesis unit 101 to the tip of the end effector of the handling unit 103 is constant. Will be.

このため、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２０（マイクロマニピュレータ１００）によれば、θｖ補正部１０４によりハンドリング部１０３のＹＺ平面での回動により生じるＹ方向の変位Δｌ分がオフセットされるため、ハンドリング部１０３をＹＺ平面でθｖ度回動させても顕微鏡２の視野下やモニタ７でエンドエフェクタ１１０ａ、１１０ｂを捉えることができるので、Ｙ方向での調整作業をなくすことができる。また、ＹＺ平面での回動により生じるその後の調整をなくすことができることから、微小物体１０に対してアクセス方向の自由度を増やすことができる。 Therefore, according to the micro object handling system 20 (micromanipulator 100) of the present embodiment, the θv correction unit 104 offsets the displacement Δl in the Y direction caused by the rotation of the handling unit 103 in the YZ plane. Even if the handling unit 103 is rotated by θv in the YZ plane, the end effectors 110a and 110b can be captured under the field of view of the microscope 2 and the monitor 7, so that the adjustment work in the Y direction can be eliminated. Further, since the subsequent adjustment caused by the rotation in the YZ plane can be eliminated, the degree of freedom in the access direction to the minute object 10 can be increased.

３－２．変形例
なお、本実施形態では、微小物体へのアクセス体として２つのエンドエフェクタ１１０ａ、１１０ｂを有するハンドリング部１０３を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。微小物体にアクセスするのは単一でも３つ以上のアクセス体であってもよく、微小物体に応じて、アクセス体の形状や本数を変更可能なことはいうまでもない。また、本実施形態ではエンドエフェクタで微小物体を把持する例を示したが、アクセス体はこれに限らず例えばインジェクション、カッタや、微小物体の捕捉や位置固定を補助するレセプタ等であってもよい。さらに、本実施形態では、可動指のエンドエフェクタを固定指のエンドエフェクタに近接させる例を示したが、双方のエンドエフェクタを互いに近接させるようにしてもよい。 3-2. Modifications In the present embodiment, the handling unit 103 having two end effectors 110a and 110b is exemplified as an access body to a minute object, but the present invention is not limited thereto. It may be single or three or more access bodies to access the minute object, and it goes without saying that the shape and the number of access bodies can be changed according to the minute object. Further, in the present embodiment, an example of gripping a minute object with an end effector is shown, but the access body is not limited to this, and may be, for example, an injection, a cutter, a receptor that assists in capturing or fixing the position of the minute object, or the like. .. Further, in the present embodiment, although the example in which the end effector of the movable finger is brought close to the end effector of the fixed finger is shown, both end effectors may be brought close to each other.

また、本実施形態では、ベルト１５５によりＹＺ平面での回動をθｖ補正部１０４に伝達する例を示したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、歯車列で伝達するようにしてもよい。さらに、例示した機構的構成に代えて電気的構成を採用するようにしてよい。例えば、シャフト１５１に歯車列を介してＹＺ平面での回動角度を把握するためのエンコーダを配置してその情報をＰＬＣにフィードバックし、ＰＬＣがＹＺ平面での回動により生じるＹ方向の変位Δｌを打ち消すためのＹ方向の駆動量を演算してアクチュエータを駆動させるようにしてもよい。また、カム機構（カム１５６およびカムフォロア１５７）に代えてリニアモータ等の直進アクチュエータを用いるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, an example in which the rotation in the YZ plane is transmitted to the θv correction unit 104 by the belt 155 is shown, but the present invention is not limited to this. For example, it may be transmitted by a gear train. Further, an electrical configuration may be adopted instead of the illustrated mechanical configuration. For example, an actuator for grasping the rotation angle in the YZ plane is arranged on the shaft 151 via a gear train, and the information is fed back to the PLC, and the PLC is displaced in the Y direction caused by the rotation in the YZ plane Δl. The actuator may be driven by calculating the drive amount in the Y direction for canceling. Further, a linear actuator such as a linear motor may be used instead of the cam mechanism (cam 156 and cam follower 157).

さらに、本実施形態では、軸受１６７をＺ方向移動部１０２の連結部材１６４に設けシャフト１５１を基部ユニット１０６に固定する例を示したが、この関係は逆としてもよい。すなわち、基部ユニット１０６が軸受を有しシャフト１５１が連結部材１６４に固定されるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, an example is shown in which the bearing 167 is provided on the connecting member 164 of the Z-direction moving portion 102 and the shaft 151 is fixed to the base unit 106, but this relationship may be reversed. That is, the base unit 106 may have a bearing and the shaft 151 may be fixed to the connecting member 164.

また、本実施形態では、回転ダイヤル１６３の側圧で軸受１６７の回動を規制する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、軸受１６７にネジ孔を形成しこのネジ孔にネジ部が螺合し先端がシャフト１５１に当接するノブを差し込み軸受１６７の回動を規制するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, an example in which the rotation of the bearing 167 is restricted by the lateral pressure of the rotary dial 163 is shown, but the present invention is not limited thereto. For example, a screw hole may be formed in the bearing 167, and a knob having a screw portion screwed into the screw hole and the tip of which abuts on the shaft 151 may be inserted to regulate the rotation of the bearing 167.

さらに、本実施形態では、θｚ駆動部１２３を例示したが、本発明はθｚ駆動部１２３を省いたマイクロマニピュレータにも適用可能である。そして、本実施形態では、θｚ駆動部１２３の変位をＹ方向入力リンク１４１に入力する例を示したが、Ｘ方向入力リンク１４２に入力するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the θz drive unit 123 is exemplified, but the present invention can also be applied to a micromanipulator in which the θz drive unit 123 is omitted. In the present embodiment, the displacement of the θz drive unit 123 is input to the Y-direction input link 141, but the displacement may be input to the X-direction input link 142.

本発明はハンドリング部をＹＺ平面で回動させてもＹ方向での調整が不要なマイクロマニピュレータを提供するものであるため、マイクロマニピュレータの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。 The present invention provides a micromanipulator that does not require adjustment in the Y direction even if the handling portion is rotated in the YZ plane, and thus contributes to the manufacture and sale of the micromanipulator, thus providing industrial applicability. Have.

１０微小物体
１００マイクロマニピュレータ
１０１変位合成部（変位合成手段）
１０２Ｚ方向移動部（Ｚ方向移動手段）
１０３ハンドリング部
１０４ θｖ補正部（オフセット手段）
１１０ａ、１１０ｂエンドエフェクタ
１２５Ｙ方向アクチュエータ
１２６Ｘ方向アクチュエータ
１２７ θｚアクチュエータ（姿勢変更アクチュエータ）
１４０パンタグラフ機構
１４１Ｙ方向入力リンク
１４２Ｘ方向入力リンク
１４４出力リンク（出力端）
１５６カム
１５７カムフォロア
１６３回転ダイヤル（規制手段）
１６４連結部材 10 Micro object 100 Micro manipulator 101 Displacement synthesis unit (displacement synthesis means)
102 Z-direction moving unit (Z-direction moving means)
103 Handling unit 104 θv correction unit (offset means)
110a, 110b End effector 125 Y direction actuator 126 X direction actuator 127 θz actuator (posture change actuator)
140 Pantograph mechanism 141 Y-direction input link 142 X-direction input link 144 Output link (output end)
156 Cam 157 Cam Follower 163 Rotating dial (regulatory means)
164 Connecting member

Claims

A handling unit with an end effector for accessing small objects,
A Z-direction moving means that rotatably supports the handling portion on a YZ plane and moves the handling portion in the Z direction.
Displacement synthesizing means that synthesizes the input X-direction and Y-direction displacements and outputs them to the Z-direction moving means, and
An offset means provided between the Z-direction moving means and the displacement combining means and offsetting the displacement amount in the Y direction caused by the rotation of the handling portion in the YZ plane.
Micro manipulator with.

A handling unit with an end effector for accessing small objects,
A Z-direction moving means that rotatably supports the handling portion on a YZ plane and moves the handling portion in the Z direction.
Displacement synthesizing means that synthesizes the input X-direction and Y-direction displacements and outputs them to the Z-direction moving means, and
An offset means for offsetting the displacement in the Y direction caused by the rotation of the handling portion in the YZ plane is provided.
The offset means is a micromanipulator characterized in that the displacement amount in the Y direction is offset by adjusting the distance in the Y direction between the Z direction moving means and the displacement combining means.

A handling unit with an end effector for accessing small objects,
A Z-direction moving means that rotatably supports the handling portion on a YZ plane and moves the handling portion in the Z direction.
Displacement synthesizing means that synthesizes the input X-direction and Y-direction displacements and outputs them to the Z-direction moving means, and
An offset means for offsetting the displacement in the Y direction caused by the rotation of the handling portion in the YZ plane is provided.
The offset means is provided so that the distance in the Y direction from the output end of the displacement combining means to the tip of the end effector of the handling portion becomes equal before and after the rotation when the handling portion rotates on the YZ plane. A micromanipulator characterized by offsetting the displacement in the Y direction.

A handling unit with an end effector for accessing small objects,
A Z-direction moving means that rotatably supports the handling portion on a YZ plane and moves the handling portion in the Z direction.
Displacement synthesizing means that synthesizes the input X-direction and Y-direction displacements and outputs them to the Z-direction moving means, and
An offset means for offsetting the displacement in the Y direction caused by the rotation of the handling portion in the YZ plane is provided.
The offset means is a micromanipulator that is supported by the output end of the displacement synthesis means and supports the Z-direction moving means so as to be movable in the Y direction.

A handling unit with an end effector for accessing small objects,
A Z-direction moving means that rotatably supports the handling portion on a YZ plane and moves the handling portion in the Z direction.
Displacement synthesizing means that synthesizes the input X-direction and Y-direction displacements and outputs them to the Z-direction moving means, and
An offset means for offsetting the displacement in the Y direction caused by the rotation of the handling portion in the YZ plane is provided.
The offset means is characterized by having a cam provided on the displacement synthesis means side of the Z-direction moving means and a cam follower fixed to the output end of the displacement synthesis means and abutting on the cam. Micromanipulator to be .

The micromanipulator according to claim 5 , wherein the cam rotates synchronously when the handling portion rotates in a YZ plane.

The micromanipulator according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a regulating means for restricting the rotation of the handling portion in the YZ plane.

The displacement combining means has an X-direction input link into which a driving force from an X-direction actuator that supplies the X-direction displacement is input, and a Y-direction in which a driving force from a Y-direction actuator that supplies the Y-direction displacement is input. Claim 1 is characterized by comprising a pantograph mechanism having an input link and an output link in which displacements in the X and Y directions due to driving forces from the X and Y direction actuators are combined and expanded and output. Or the micromanipulator according to any one of claim 5 .

Further provided with a posture changing actuator that supplies a driving force for changing the posture direction of the handling portion so that the handling portion rotates about the tip of the end effector of the handling portion, and driving from the posture changing actuator. The micromanipulator according to claim 8 , wherein the force is input to the X-direction input link or the Y-direction input link.