JP2001260095A - Micromanipulator and actuator - Google Patents
Micromanipulator and actuatorInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、微小な対象物に
対して作業を行うマイクロマニピュレータ技術に関し、
特に、リニア可動機構の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micromanipulator technology for working on a minute object,
In particular, it relates to improvement of a linear movable mechanism.
【0002】[0002]
【従来の技術】細胞微小操作等の技術分野においては顕
微鏡下で細胞レベルでの微小な操作を行うためなどに、
従来より様々なマイクロマニピュレータが使用されてい
た。このマイクロマニピュレータを動作させる機構とし
て、リニアアクチュエータ(リニア可動機構)を有する
ものがある。2. Description of the Related Art In the technical field of cell micromanipulation and the like, in order to perform micromanipulation at a cell level under a microscope,
Conventionally, various micromanipulators have been used. As a mechanism for operating the micromanipulator, there is a mechanism having a linear actuator (linear movable mechanism).
【0003】図9は、マイクロマニピュレータにおける
リニアアクチュエータの一例の構成を示す断面図であ
る。FIG. 9 is a sectional view showing an example of the configuration of a linear actuator in a micromanipulator.
【0004】リニアアクチュエータ90では、X軸方向
に伸びるガイド軸91と、可動部であるスライダ92は
摩擦係合し、ガイド軸91がX方向に振動することによ
りスライダ92が移動する。ここで、スライダ92は、
ガイド軸91の軸方向(X軸方向)には移動するが、軸
回りには回転しないようにする必要がある。このため、
キー91aとキー溝92aとを組み合わせる構成として
いる。In the linear actuator 90, a guide shaft 91 extending in the X-axis direction and a slider 92, which is a movable portion, are frictionally engaged, and the guide shaft 91 vibrates in the X direction, so that the slider 92 moves. Here, the slider 92
The guide shaft 91 moves in the axial direction (X-axis direction), but needs to be prevented from rotating around the axis. For this reason,
The key 91a and the keyway 92a are combined.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のキー溝
92aを用いる構成の場合、キー91aとキー溝92a
との間のすきまGの大小で軸方向の動きやすさが決ま
る。すきまGが小さすぎるとスライダ92が動き難くな
り、すきまGが大きすぎるとスライダ92の軸回りの回
転がたが大きくなる。特にマイクロマニピュレータのよ
うに細いガイド軸91の場合では、すきまGによるがた
が、回転のがたになり、そこからさらにリニアアクチュ
エータを伸ばす構成になるとその先端のがたは拡大され
てしまい、所要の精度が得られなくなる。However, in the case of the configuration using the key groove 92a, the key 91a and the key groove 92a are not provided.
The ease of movement in the axial direction is determined by the size of the gap G between the two. If the clearance G is too small, the slider 92 becomes difficult to move. If the clearance G is too large, the rotation of the slider 92 around the axis becomes large. In particular, in the case of a thin guide shaft 91 such as a micromanipulator, there is a play due to the clearance G, but when the linear actuator is further extended therefrom, the tip of the linear actuator is enlarged, and the required play is increased. Accuracy cannot be obtained.
【0006】例えば、図9においてガイド軸91の径を
2mmで考えた場合、回り止めのキー91aとキー溝92
aとの公差を0〜0.1mmとすると、ガイド軸92の外
周長に対して、がたは最大0.1mmになる。この時、こ
のがたを角度に換算すると、 360゜×0.1/(2π)=5.7゜ となる。For example, when the diameter of the guide shaft 91 is considered to be 2 mm in FIG.
Assuming that the tolerance with respect to a is 0 to 0.1 mm, the maximum length of the outer circumference of the guide shaft 92 is 0.1 mm. At this time, when this play is converted into an angle, 360 ° × 0.1 / (2π) = 5.7 °.
【0007】そして、このスライダ92に対して10mm
のリニアアクチュエータ99がついた場合、そのリニア
アクチュエータの先端のがたは、10×tan5.7゜=
0.998mmとなり、最大約1mmものがたに拡大されて
しまう。The slider 92 has a length of 10 mm.
When the linear actuator 99 is attached, the tip of the linear actuator is 10 × tan5.7 ° =
It is 0.998 mm, which is about 1 mm at maximum.
【0008】ここでは、がた寄せを用いることも考えら
れるが、がた寄せのための付勢機構などによる大型化や
部品点数の増加などの弊害を伴う。また、がたを少なく
しようとすると、部品の加工精度が必要となり難易度が
増し、コストアップにつながる。Here, it is conceivable to use a backlash. However, there is an adverse effect such as an increase in size due to a biasing mechanism for the backlash and an increase in the number of parts. In order to reduce the backlash, the processing accuracy of the parts is required, the difficulty increases, and the cost increases.
【0009】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、リニア可動機構の可動部における回転がたを簡
易に抑制できるマイクロマニピュレータ技術を提供する
ことを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a micromanipulator technology capable of easily suppressing rotation in a movable portion of a linear movable mechanism.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1の発明は、微小な対象物に対して、リニア
可動手段を用いて所定の作業を行うマイクロマニピュレ
ータであって、前記リニア可動手段は、(a)所定のガイ
ド方向に伸びた第1面と第2面とを有する非円筒形のガ
イド軸と、(b)前記第1面と前記第2面とに摺接する2
の面を有する部材と、(c)前記ガイド軸の前記第1面と
前記第2面とを前記2の面に相対的に押圧する押圧手段
と、(d)前記所定のガイド方向に前記ガイド軸を加振す
る加振手段と、を備え、前記部材は、前記ガイド軸の振
動によって前記ガイド軸に沿って相対的に摺動する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a micromanipulator for performing a predetermined operation on a minute object by using a linear movable means. The linear movable means includes: (a) a non-cylindrical guide shaft having a first surface and a second surface extending in a predetermined guide direction; and (b) a sliding contact with the first surface and the second surface.
(C) pressing means for pressing the first surface and the second surface of the guide shaft relatively to the second surface; and (d) the guide in the predetermined guide direction. And vibrating means for vibrating the shaft, wherein the member relatively slides along the guide shaft by vibration of the guide shaft.
【0011】また、請求項2の発明は、請求項1の発明
に係るマイクロマニピュレータにおいて、前記第1面と
前記第2面とは、互いに垂直な平面である。According to a second aspect of the present invention, in the micromanipulator according to the first aspect, the first surface and the second surface are planes perpendicular to each other.
【0012】また、請求項3の発明は、請求項1または
請求項2の発明に係るマイクロマニピュレータにおい
て、前記リニア可動手段は複数のリニア可動機構を有し
ており、複数のリニア可動機構は順次に連結されてい
る。According to a third aspect of the present invention, in the micromanipulator according to the first or second aspect, the linear movable means has a plurality of linear movable mechanisms, and the plurality of linear movable mechanisms are sequentially arranged. It is connected to.
【0013】また、請求項4の発明は、請求項1ないし
請求項3のいずれかの発明に係るマイクロマニピュレー
タにおいて、前記ガイド軸と前記押圧手段とは、点接触
または線接触の状態である。According to a fourth aspect of the present invention, in the micromanipulator according to any one of the first to third aspects, the guide shaft and the pressing means are in point contact or line contact.
【0014】また、請求項5の発明は、請求項1ないし
請求項4の発明に係るマイクロマニピュレータにおい
て、前記押圧手段は、前記ガイド軸の前記第1面と前記
第2面とを前記2の面にほぼ均等に押圧する。According to a fifth aspect of the present invention, in the micromanipulator according to the first to fourth aspects of the present invention, the pressing means is configured to connect the first surface and the second surface of the guide shaft to the second surface. Press almost evenly on the surface.
【0015】また、請求項6の発明は、微小な対象物に
対して所定の作業を行うマイクロマニピュレータで用い
るアクチュエータであって、(a)所定のガイド方向に伸
びた第1面と第2面とを有する非円筒形のガイド軸と、
(b)前記第1面と前記第2面とに摺接する2の面を有す
る部材と、(c)前記ガイド軸の前記第1面と前記第2面
とを前記2の面に相対的に押圧する押圧手段と、(d)前
記所定のガイド方向に前記ガイド軸を加振する加振手段
と、を備え、前記部材は、前記ガイド軸の振動によって
前記ガイド軸に沿って相対的に摺動する。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an actuator used in a micromanipulator for performing a predetermined operation on a minute object, wherein (a) a first surface and a second surface extending in a predetermined guide direction. A non-cylindrical guide shaft having
(b) a member having two surfaces that are in sliding contact with the first surface and the second surface; and (c) the first surface and the second surface of the guide shaft are relatively positioned with respect to the second surface. Pressing means for pressing, and (d) vibrating means for vibrating the guide shaft in the predetermined guide direction, wherein the member slides relatively along the guide shaft by vibration of the guide shaft. Move.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】<第1実施形態> <マイクロマニピュレータの構成>図1は、本発明の第
1実施形態に係るマイクロマニピュレータ1の概略構成
図である。なお、図1においてX、Y、Zは互いに直交
する3軸を示している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment <Configuration of Micromanipulator> FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a micromanipulator 1 according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, X, Y, and Z indicate three axes orthogonal to each other.
【0017】マイクロマニピュレータ1は、第1リニア
アクチュエータ10と第2リニアアクチュエータ20と
第3リニアアクチュエータ30と回転系アクチュエータ
40とエンドエフェクタ45とを備えている。The micromanipulator 1 includes a first linear actuator 10, a second linear actuator 20, a third linear actuator 30, a rotary actuator 40, and an end effector 45.
【0018】第1ないし第3リニアアクチュエータ10
〜30は互いに直交するように順次に連結されている。
また、回転系アクチュエータ40はその先端部分に結合
されたエンドエフェクタ45の姿勢を任意の角度に変化
させることにより、そのエンドエフェクタ45で支持さ
れる微小な対象物の姿勢を変化できる。First to third linear actuators 10
30 are sequentially connected so as to be orthogonal to each other.
In addition, the rotation system actuator 40 can change the attitude of the minute object supported by the end effector 45 by changing the attitude of the end effector 45 coupled to the distal end portion to an arbitrary angle.
【0019】第1リニアアクチュエータ10は圧電素子
11とガイド軸12とスライダ13とを備えており、X
軸方向に沿ってスライダ13が移動できるように構成さ
れている(後で詳述)。The first linear actuator 10 includes a piezoelectric element 11, a guide shaft 12, and a slider 13.
The slider 13 is configured to be movable along the axial direction (described in detail later).
【0020】第2リニアアクチュエータ20も第1リニ
アアクチュエータ10と同様に、圧電素子21とガイド
軸22とスライダ23とを備え、Y軸方向に沿ってスラ
イダ23が移動できるように構成されている。圧電素子
21の一端側は第1リニアアクチュエータ10のスライ
ダ13の側面部に固着されており、他端側はガイド軸2
2の端面に固着されている。したがって、ガイド軸22
は圧電素子21の伸縮動作に伴ってその長手方向である
Y軸方向に移動する。なお、圧電素子21とガイド軸2
2とスライダ23との連結および構成は、第1リニアア
クチュエータ10と同様である。Similarly to the first linear actuator 10, the second linear actuator 20 includes a piezoelectric element 21, a guide shaft 22, and a slider 23, and is configured so that the slider 23 can move along the Y-axis direction. One end of the piezoelectric element 21 is fixed to the side surface of the slider 13 of the first linear actuator 10, and the other end is connected to the guide shaft 2.
2 is fixed to the end face. Therefore, the guide shaft 22
Moves in the Y-axis direction, which is the longitudinal direction thereof, with the expansion and contraction operation of the piezoelectric element 21. The piezoelectric element 21 and the guide shaft 2
The connection and configuration between the slider 2 and the slider 23 are the same as those of the first linear actuator 10.
【0021】第3リニアアクチュエータ30も上記各リ
ニアアクチュエータと同様であり、圧電素子31とガイ
ド軸32とスライダ33とを備えてZ軸方向に沿ってス
ライダ33が移動できるように構成されている。そして
圧電素子31の一端側は第2リニアアクチュエータ20
のスライダ23に固着されており、他端側はガイド軸3
2の端面に固着されている。したがって、ガイド軸32
は圧電素子31の伸縮動作に伴ってZ軸方向に移動す
る。なお、圧電素子31とガイド軸32とスライダ33
との連結および構成は他のリニアアクチュエータと同様
である。The third linear actuator 30 is similar to each of the linear actuators described above, and includes a piezoelectric element 31, a guide shaft 32, and a slider 33 so that the slider 33 can move along the Z-axis direction. One end of the piezoelectric element 31 is connected to the second linear actuator 20.
Of the guide shaft 3
2 is fixed to the end face. Therefore, the guide shaft 32
Moves in the Z-axis direction with the expansion and contraction of the piezoelectric element 31. The piezoelectric element 31, the guide shaft 32, and the slider 33
The connection and the configuration are the same as those of other linear actuators.
【0022】そして、第3リニアアクチュエータ30の
スライダ33にはX軸方向に沿って回転系アクチュエー
タ40が固着されている。回転系アクチュエータ40は
ステッピングモータ41と回転板42とピッチヨーアク
チュエータ43と傾斜板44とを備えている。A rotary actuator 40 is fixed to the slider 33 of the third linear actuator 30 along the X-axis direction. The rotary actuator 40 includes a stepping motor 41, a rotary plate 42, a pitch yaw actuator 43, and an inclined plate 44.
【0023】ステッピングモータ41は本体が小径の円
筒状に構成され、第3リニアアクチュエータ30のスラ
イダ33に固定されている。ステッピングモータ41に
対して外部に設けられる駆動回路から通電が行われるこ
とにより、ステッピングモータ41の内部に設けられる
ロータに連結された回転板42がステッピングモータ4
1の回転軸周りに回動するように構成されている。な
お、図1においてはステッピングモータ41の回転軸は
X軸に平行なように設けられているが、これに限定され
るものではない。このステッピングモータ41により回
転系の動作のうちのX軸に平行な回転軸を中心とする回
転動作(ローリング)が可能となる。The main body of the stepping motor 41 is formed in a small-diameter cylindrical shape, and is fixed to the slider 33 of the third linear actuator 30. The energization of the stepping motor 41 from a driving circuit provided outside causes the rotating plate 42 connected to the rotor provided inside the stepping motor 41 to rotate the stepping motor 4.
It is configured to rotate around one rotation axis. In FIG. 1, the rotation axis of the stepping motor 41 is provided so as to be parallel to the X axis, but the invention is not limited to this. The stepping motor 41 enables a rotation operation (rolling) about a rotation axis parallel to the X-axis among the operations of the rotation system.
【0024】回転板42にはピッチヨーアクチュエータ
43の一端側が着設されており、このピッチヨーアクチ
ュエータ43は回転板42の回転に伴ってステッピング
モータ41の回転軸を中心に回転する。そして、ピッチ
ヨーアクチュエータ42の他端側には傾斜板44がピボ
ット軸受の構成で配設されており、ピッチヨーアクチュ
エータ42が駆動されることによって傾斜板44はYZ
平面に平行な状態から任意の方向および角度に傾斜する
ように構成されている。このピッチヨーアクチュエータ
43により回転系の動作のうちのZ軸に平行な回転軸を
中心とする回転動作(ピッチング)とY軸に平行な回転
軸を中心とする回転動作(ヨーイング)が可能となる。One end of a pitch yaw actuator 43 is attached to the rotary plate 42, and the pitch yaw actuator 43 rotates around the rotation axis of the stepping motor 41 as the rotary plate 42 rotates. A tilt plate 44 is provided on the other end side of the pitch yaw actuator 42 in the form of a pivot bearing. When the pitch yaw actuator 42 is driven, the tilt plate 44 becomes YZ.
It is configured to incline in any direction and angle from a state parallel to the plane. The pitch yaw actuator 43 enables a rotation operation (pitching) about a rotation axis parallel to the Z-axis and a rotation operation (yawing) about a rotation axis parallel to the Y-axis among the operations of the rotation system. .
【0025】そして、回転系アクチュエータ40の先端
部には、このマイクロマニピュレータ1のエンドエフェ
クタ45の基部側が接続配置されている。エンドエフェ
クタ45は微小な対象物に対して所定の操作を行うため
に適した機構のものが採用される。例えば、ハンド機構
を備えるマイクログリッパや、ニードル等がエンドエフ
ェクタ45として使用される。The base of the end effector 45 of the micromanipulator 1 is connected to the tip of the rotary actuator 40. The end effector 45 has a mechanism suitable for performing a predetermined operation on a minute target. For example, a micro gripper having a hand mechanism, a needle, or the like is used as the end effector 45.
【0026】マイクロマニピュレータ1は上記のように
構成されており、第1ないし第3リニアアクチュエータ
10〜30はエンドエフェクタ45の位置をX、Y、Z
の3軸方向に直進移動させることができ、回転系アクチ
ュエータ40はエンドエフェクタ45をロール・ピッチ
・ヨーの3方向に回転移動させることができる。つま
り、上記のような構成とすることにより、エンドエフェ
クタ45を直進運動させるための3自由度と回転運動さ
せるための3自由度との合計6自由度が実現されてい
る。なお、回転系3自由度は、ステッピングモータ41
によるロール角運動と、ピッチヨーアクチュエータ43
によるピッチ角およびヨー角運動とで実現される。The micromanipulator 1 is configured as described above, and the first to third linear actuators 10 to 30 move the position of the end effector 45 to X, Y, Z.
, And the rotary actuator 40 can rotate and move the end effector 45 in three directions of roll, pitch, and yaw. That is, with the above-described configuration, a total of six degrees of freedom, three degrees of freedom for linearly moving the end effector 45 and three degrees of freedom for rotating the end effector 45, are realized. The three degrees of freedom of the rotating system are determined by the stepping motor 41.
Roll motion and pitch yaw actuator 43
And yaw angle motion.
【0027】したがって、マイクロマニピュレータ1の
構成を上記のようにすることでエンドエフェクタ45を
任意の位置に移動させることが可能になるとともに、エ
ンドエフェクタ45を任意の姿勢に変化させることも可
能となる。Therefore, by making the configuration of the micromanipulator 1 as described above, the end effector 45 can be moved to an arbitrary position, and the end effector 45 can be changed to an arbitrary posture. .
【0028】<第1リニアアクチュエータ10の構成>
次に第1リニアアクチュエータ10の詳細構成について
説明する。図2は第1リニアアクチュエータ10の斜視
図である。図3は、図2のIII−III位置から見た断面図
である。<Configuration of First Linear Actuator 10>
Next, a detailed configuration of the first linear actuator 10 will be described. FIG. 2 is a perspective view of the first linear actuator 10. FIG. 3 is a cross-sectional view as viewed from the position of III-III in FIG.
【0029】圧電素子11は積層圧電セラミックス等に
よって構成され、外部に設けられる駆動回路からの電圧
の印加によってX軸方向に沿って伸縮動作を行う。そし
て圧電素子11の一端側は固定部19に固着されてお
り、他端側はガイド軸12の端面に固着されている。し
たがって、ガイド軸12は圧電素子11の伸縮動作に伴
ってその長手方向であるX軸方向に加振されることにな
る。なお、固定部19は、マイクロマニピュレータ1の
設置対象となる装置(例えば、顕微鏡等)における部材
である。The piezoelectric element 11 is made of laminated piezoelectric ceramics or the like, and expands and contracts along the X-axis direction by applying a voltage from a driving circuit provided outside. One end of the piezoelectric element 11 is fixed to the fixing portion 19, and the other end is fixed to the end face of the guide shaft 12. Therefore, the guide shaft 12 is vibrated in the X-axis direction, which is the longitudinal direction, with the expansion and contraction of the piezoelectric element 11. The fixing unit 19 is a member of a device (for example, a microscope) on which the micromanipulator 1 is installed.
【0030】ガイド軸12は、X軸に伸びた角棒状(一
般には非円筒状)の部材となっており、ガイド方向(X
軸)に平行な第1ガイド面12aと第2ガイド面12b
と、付勢ばね17に接する曲面12cとを有している。
この第1ガイド面12aと第2ガイド面12bとは互い
に垂直な平面となっており、また第1ガイド面12aの
中央部に着磁パターン形成部14が埋め込まれている。The guide shaft 12 is a rectangular rod-shaped (generally non-cylindrical) member extending in the X-axis direction.
Axis) parallel to the first guide surface 12a and the second guide surface 12b
And a curved surface 12c contacting the biasing spring 17.
The first guide surface 12a and the second guide surface 12b are planes perpendicular to each other, and the magnetized pattern forming portion 14 is embedded in the center of the first guide surface 12a.
【0031】スライダ13は、L字状の形状で第1リニ
アアクチュエータの可動部として機能する。このスライ
ダ13は、ガイド軸12の第1ガイド面12aと第2ガ
イド面12bとに摺接する互いに垂直な2つの接触面1
3a、13bとを有している。また、スライダ13は、
ガイド軸12の着磁パターン形成部14に対応する箇所
に、面13aに磁気抵抗素子15が埋め込まれている。The slider 13 has an L-shape and functions as a movable portion of the first linear actuator. The slider 13 has two mutually perpendicular contact surfaces 1 slidably contacting the first guide surface 12 a and the second guide surface 12 b of the guide shaft 12.
3a and 13b. Also, the slider 13
A magnetoresistive element 15 is embedded in the surface 13a of the guide shaft 12 at a position corresponding to the magnetized pattern forming portion 14.
【0032】付勢ばね17は、板ばね状部材の一端側が
ピン16によってスライダ13側に固定され、他端側が
その表面をガイド軸12に対して押圧する構成となって
いる。この付勢ばね17は、ガイド軸12との摺動をス
ムーズにするため、端部17aが折り曲げられている。
この付勢ばね17により、ガイド軸12の第1ガイド面
12aとスライダ13の面13aとの間と、ガイド軸1
2の第2ガイド面12bとスライダ13の面13bとの
間とに一定の摩擦力が発生することとなる。また、ガイ
ド軸12の円弧面12cに対して付勢ばね17が線接触
の状態となるため、スライダ13の駆動がスムーズにな
り、リニアアクチュエータの可動部の動作のバラツキが
少なくなる。The urging spring 17 has a structure in which one end of a leaf spring-like member is fixed to the slider 13 by a pin 16, and the other end presses the surface against the guide shaft 12. The end portion 17a of the biasing spring 17 is bent in order to smoothly slide with the guide shaft 12.
The biasing spring 17 allows the guide shaft 1 to move between the first guide surface 12 a of the guide shaft 12 and the surface 13 a of the slider 13.
A constant frictional force is generated between the second second guide surface 12b and the surface 13b of the slider 13. Further, since the urging spring 17 comes into line contact with the circular arc surface 12c of the guide shaft 12, the driving of the slider 13 becomes smooth, and the variation in the operation of the movable portion of the linear actuator is reduced.
【0033】付勢ばね17による押圧力FAの角度は、
ガイド軸12における第1ガイド面12aの垂線と第2
ガイド面12bの垂線との平均となる角度、本実施形態
では第1ガイド面12aと第2ガイド面12bとに対し
て45度の角度とすることが好ましい。これにより、ガ
イド軸12の第1ガイド面12aとスライダ13の面1
3aと押圧力と、ガイド軸12の第2ガイド面12bと
スライダ13の面13bとの押圧力とをほぼ均等にする
ことができ、スライダ12の回転がたを効果的に抑制で
きるとともに、2つの面に対する摩擦力のバランスを適
切にすることができる。The angle of the pressing force FA by the urging spring 17 is
The perpendicular of the first guide surface 12a on the guide shaft 12 and the second
It is preferable that the angle be an average angle with respect to the perpendicular of the guide surface 12b, and in this embodiment, be 45 degrees with respect to the first guide surface 12a and the second guide surface 12b. Thereby, the first guide surface 12a of the guide shaft 12 and the surface 1 of the slider 13
3a, the pressing force, and the pressing force between the second guide surface 12b of the guide shaft 12 and the surface 13b of the slider 13 can be made substantially uniform, and the rotation of the slider 12 can be effectively suppressed. The balance of the frictional force on the two surfaces can be made appropriate.
【0034】このように第1リニアアクチュエータ10
のスライダ13は付勢ばね(一般には付勢手段ないしは
弾性手段)17による一定の摩擦力によってガイド軸1
2に固定された状態となっており、スライダ13にその
摩擦力以上の力が作用することでX軸に沿った方向に摺
動する。具体的に説明すると、ガイド軸12に対して圧
電素子11が停止または緩やかな伸縮動作を行う場合に
は、スライダ13に対して付勢ばね17による摩擦力以
上の力が作用しないため、ガイド軸12に対するスライ
ダ13の位置は変化しない。これに対して、圧電素子1
1が瞬時に伸縮動作を行う場合には、スライダ13に対
して付勢ばね17による摩擦力以上の慣性力が作用する
のでガイド軸12に対するスライダ13の位置は圧電素
子11の伸縮方向とは逆方向に移動するのである。As described above, the first linear actuator 10
Of the guide shaft 1 by a constant frictional force of an urging spring (generally urging means or elastic means) 17.
The slider 13 is slid in a direction along the X axis when a force greater than the frictional force acts on the slider 13. More specifically, when the piezoelectric element 11 stops or performs a gradual expansion / contraction operation with respect to the guide shaft 12, a force greater than the frictional force of the urging spring 17 does not act on the slider 13. The position of the slider 13 with respect to 12 does not change. On the other hand, the piezoelectric element 1
In the case where the slider 1 performs an instantaneous expansion / contraction operation, an inertia force greater than the frictional force of the urging spring 17 acts on the slider 13, and the position of the slider 13 with respect to the guide shaft 12 is opposite to the expansion / contraction direction of the piezoelectric element 11. It moves in the direction.
【0035】ガイド軸12に形成された着磁パターン形
成部14には、X方向に沿ってほぼ等間隔に磁気パター
ンが形成されており、スライダ13の内部側であって着
磁パターン形成部14に対向して配置された磁気抵抗素
子15が、その磁気パターンの移動を検出するように構
成されている。したがって、スライダ13がガイド軸1
2に沿って移動すれば、その移動量に応じた磁気パター
ンが磁気抵抗素子15の近傍を通過するので、磁気抵抗
素子15からはスライダ15の移動量に応じたパルス波
形が得られるのである。In the magnetized pattern forming section 14 formed on the guide shaft 12, magnetic patterns are formed at substantially equal intervals along the X direction. Is configured to detect the movement of the magnetic pattern. Therefore, the slider 13 is
If the slider 15 is moved along 2, the magnetic pattern corresponding to the amount of movement passes near the magnetoresistive element 15, so that a pulse waveform corresponding to the amount of movement of the slider 15 is obtained from the magnetoresistive element 15.
【0036】<マイクロマニピュレータ1の動作>マイ
クロマニピュレータ1の動作を説明する前に、上記のよ
うに構成された第1リニアアクチュエータ10の動作に
ついて説明する。<Operation of Micromanipulator 1> Before describing the operation of the micromanipulator 1, the operation of the first linear actuator 10 configured as described above will be described.
【0037】図4は、圧電素子11に印加する電圧波形
の一例としてのこぎり波形のような非対称な電圧波形を
示す図である。ここで、図4(a)は、スライダ13を
+X方向に移動させる場合の電圧波形を示しており、図
4(b)は、スライダ13を−X方向に移動させる電圧
波形を示している。FIG. 4 is a diagram showing an asymmetrical voltage waveform such as a sawtooth waveform as an example of the voltage waveform applied to the piezoelectric element 11. Here, FIG. 4A illustrates a voltage waveform when the slider 13 is moved in the + X direction, and FIG. 4B illustrates a voltage waveform that moves the slider 13 in the −X direction.
【0038】この実施形態では、圧電素子11に対して
負の電圧が印加されれば圧電素子11が収縮し、逆に、
圧電素子11に対して正の電圧が印加されれば圧電素子
11が伸張する。そして、その伸縮量は印加電圧の絶対
値(すなわち大きさ)によって可変させることができ
る。このため、圧電素子11に対する印加電圧を制御す
ることによって、その伸縮量、すなわち圧電素子11と
連結するガイド軸12の振動幅を制御することができ、
その結果、ガイド軸12のX軸に沿った移動を制御する
ことが可能になる。In this embodiment, when a negative voltage is applied to the piezoelectric element 11, the piezoelectric element 11 contracts, and conversely,
When a positive voltage is applied to the piezoelectric element 11, the piezoelectric element 11 expands. The amount of expansion and contraction can be varied by the absolute value (that is, the magnitude) of the applied voltage. Therefore, by controlling the voltage applied to the piezoelectric element 11, the amount of expansion and contraction, that is, the vibration width of the guide shaft 12 connected to the piezoelectric element 11 can be controlled,
As a result, it is possible to control the movement of the guide shaft 12 along the X axis.
【0039】例えば、図4(a)の電圧波形は立ち上が
り部Kaにおいて緩やかな傾斜を示し、立ち下がり部K
bにおいて急峻な傾斜を示している。このため、のこぎ
り波形の緩やかな立ち上がり部Kaではガイド軸12と
スライダ13との間の摩擦力により、スライダ13がガ
イド軸12と一体となって圧電素子11の伸縮量に応じ
てX軸に沿って移動する。For example, the voltage waveform in FIG. 4A shows a gentle slope at the rising portion Ka, and the voltage waveform at the falling portion K
b shows a steep inclination. Therefore, at the gentle rising portion Ka of the sawtooth waveform, the slider 13 is integrated with the guide shaft 12 along the X-axis according to the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element 11 due to the frictional force between the guide shaft 12 and the slider 13. Move.
【0040】一方、図4(a)ののこぎり波形の急峻な
立ち下がり部Kbでは圧電素子11は急激に元の位置に
戻ろうとするのに対して、スライダ13には移動後の位
置に留まろうとする大きな慣性力が生じ、この慣性力が
摩擦力よりも大きくなり、それによってスライダ13と
ガイド軸12との間にすべりが生じる。その結果、スラ
イダ13がガイド軸12に対してすべりを生じた距離分
だけ相対的に+X方向側に移動することになる。On the other hand, at the sharp falling portion Kb of the sawtooth waveform shown in FIG. 4A, the piezoelectric element 11 tries to return to the original position rapidly, while the slider 13 stays at the position after the movement. A large inertial force to be generated occurs, and the inertial force becomes larger than the frictional force, thereby causing a slip between the slider 13 and the guide shaft 12. As a result, the slider 13 relatively moves toward the + X direction by the distance at which the slider 13 slides with respect to the guide shaft 12.
【0041】そして、図4(a)に示すようなのこぎり
波形を繰り返し圧電素子11に与えることにより、スラ
イダ13はガイド軸12に沿って段階的に+X方向側に
移動していくのである。By repeatedly applying a sawtooth waveform as shown in FIG. 4A to the piezoelectric element 11, the slider 13 moves in the + X direction along the guide shaft 12 in a stepwise manner.
【0042】また、図4(b)の電圧波形は、図4
(a)の波形に対して逆極性となっている。つまり、図
4(b)の電圧波形は、負の方向への立ち上がり部Kc
において緩やかな傾斜を示し、立ち下がり部Kdにおい
て急峻な傾斜を示している。このため、のこぎり波形の
緩やかな立ち上がり部Kcではガイド軸12とスライダ
13との間の摩擦力により、スライダ13がスプライン
軸12と一体となって圧電素子11の伸縮量に応じてX
軸に沿って移動する。圧電素子11は負の電圧が印加さ
れることによって収縮するので、図4(b)の緩やかな
立ち上がり部Kcでは圧電素子11はゆっくりと収縮す
る。これに対して、図4(b)の急峻な立ち下がり部K
dでは、圧電素子11は収縮した状態から急激に元の状
態に戻ろうとするため、スライダ13には大きな慣性力
が生じ、この慣性力が摩擦力よりも大きくなり、それに
よってスライダ13とガイド軸12との間にすべりが生
じる。その結果、スライダ13がガイド軸12に対して
すべりを生じた距離分だけ相対的に−X方向側に移動す
ることになる。Further, the voltage waveform of FIG.
It has the opposite polarity to the waveform of (a). That is, the voltage waveform in FIG. 4B has a rising portion Kc in the negative direction.
Shows a gentle slope, and shows a steep slope at the falling portion Kd. For this reason, at the gentle rising portion Kc of the sawtooth waveform, the slider 13 is integrated with the spline shaft 12 due to the frictional force between the guide shaft 12 and the slider 13, and X is adjusted according to the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element 11.
Move along an axis. Since the piezoelectric element 11 contracts when a negative voltage is applied, the piezoelectric element 11 contracts slowly at a gentle rising portion Kc in FIG. 4B. On the other hand, the sharp falling portion K in FIG.
In (d), since the piezoelectric element 11 tries to return from the contracted state to the original state rapidly, a large inertia force is generated in the slider 13, and this inertia force becomes larger than the frictional force. A slip occurs between them and No. 12. As a result, the slider 13 moves relatively to the -X direction side by the distance at which the slider 13 slides with respect to the guide shaft 12.
【0043】そして、図4(b)に示すようなのこぎり
波形を繰り返し圧電素子11に与えることにより、スラ
イダ13はガイド軸12に沿って段階的に−X方向側に
移動していくのである。By repeatedly applying a sawtooth waveform as shown in FIG. 4B to the piezoelectric element 11, the slider 13 moves in the -X direction along the guide shaft 12 in a stepwise manner.
【0044】このように第1リニアアクチュエータ10
は、駆動手段となる圧電素子11を非対称な速度で往復
移動させることによって圧電素子11に結合されたガイ
ド軸12を往復移動させることができ、それによってス
ライダ13を相対的に慣性移動させることが可能にな
る。換言すれば、第1リニアアクチュエータ10は、付
勢ばね17によりガイド軸12とスライダ13との間に
生じる摩擦力とスライダ13に作用する慣性力とを有効
に利用することでスライダ13とガイド軸12との間に
所定方向のすべりを生じさせることができ、その結果ス
ライダ13がガイド軸12に対して移動するというステ
ィックスリップ機構による駆動機構が構成されているの
である。As described above, the first linear actuator 10
Can reciprocate the guide shaft 12 coupled to the piezoelectric element 11 by reciprocating the piezoelectric element 11 serving as the driving means at an asymmetrical speed, whereby the slider 13 can be relatively inertially moved. Will be possible. In other words, the first linear actuator 10 effectively utilizes the frictional force generated between the guide shaft 12 and the slider 13 by the biasing spring 17 and the inertial force acting on the slider 13 to thereby make the slider 13 and the guide shaft A slip in a predetermined direction can be generated between the slider 13 and the guide shaft 12, and as a result, a driving mechanism by a stick-slip mechanism that moves the slider 13 with respect to the guide shaft 12 is configured.
【0045】ここでは、付勢ばね17により、ガイド軸
12の第1ガイド面12aと第2ガイド面12bとをス
ライダ13の2の面13a、13bに押圧しているた
め、ガイド軸12に対するスライダ13の回転がたを規
制できる。さらに、ガイド軸12に対するスライダ13
の摺動に必要な摩擦力を適切に発生させることができ
る。Here, the urging spring 17 presses the first guide surface 12a and the second guide surface 12b of the guide shaft 12 against the two surfaces 13a and 13b of the slider 13. Thirteen rotations can be restricted. Further, the slider 13 with respect to the guide shaft 12
It is possible to appropriately generate a frictional force necessary for sliding of the motor.
【0046】また、ガイド軸12に形成された着磁パタ
ーン形成部14とスライダ13の内部に設けられた磁気
抵抗素子15とが一体となってリニアエンコーダ18が
構成されており、スライダ13の移動に伴って磁気抵抗
素子15から移動量に応じたパルス信号が発生する。そ
して、このパルス信号に基づいて所定の演算を行うこと
で、ガイド軸12に対するスライダ13の位置を検出す
ることができる。A linear encoder 18 is formed by integrally forming a magnetized pattern forming portion 14 formed on the guide shaft 12 and a magnetoresistive element 15 provided inside the slider 13, and moves the slider 13. Accordingly, a pulse signal corresponding to the amount of movement is generated from the magnetoresistive element 15. Then, by performing a predetermined calculation based on this pulse signal, the position of the slider 13 with respect to the guide shaft 12 can be detected.
【0047】以上、第1リニアアクチュエータ10の動
作について説明したが、第2リニアアクチュエータ20
および第3リニアアクチュエータ30についても、第1
リニアアクチュエータ10と同様の構成および動作であ
る。The operation of the first linear actuator 10 has been described above.
And the third linear actuator 30
The configuration and operation are the same as those of the linear actuator 10.
【0048】したがって、第1ないし第3リニアアクチ
ュエータ10〜30を駆動することにより、エンドエフ
ェクタ45のXYZ座標系における位置を制御できる。
なお、エンドエフェクタ45の回転動作については、回
転系アクチュエータ40により任意の角度に制御が可能
となる。Therefore, the position of the end effector 45 in the XYZ coordinate system can be controlled by driving the first to third linear actuators 10 to 30.
The rotation operation of the end effector 45 can be controlled to an arbitrary angle by the rotary actuator 40.
【0049】以上のマイクロマニピュレータ1の動作に
より、リニアアクチュエータのスライダにおける回転が
たを簡易に抑制できる。そして、マイクロマニピュレー
タ5のようにリニアアクチュエータが順次に連結してい
る場合でも、がたの累積を抑制するのに有効である。By the operation of the micromanipulator 1 described above, it is possible to easily suppress the rotation of the slider of the linear actuator. Further, even when the linear actuators are sequentially connected as in the case of the micromanipulator 5, the present invention is effective in suppressing the accumulation of backlash.
【0050】<第2実施形態> <マイクロマニピュレータの構成>図5は、本発明の第
2実施形態に係るマイクロマニピュレータの概略構成図
である。なお、図5においてX、Y、Zは互いに直交す
る3軸を示している。<Second Embodiment><Configuration of Micromanipulator> FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a micromanipulator according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 5, X, Y, and Z indicate three axes orthogonal to each other.
【0051】マイクロマニピュレータ5は、第1リニア
アクチュエータ50と第2リニアアクチュエータ60と
第3リニアアクチュエータ70と回転系アクチュエータ
80とエンドエフェクタ85とを備えている。The micromanipulator 5 includes a first linear actuator 50, a second linear actuator 60, a third linear actuator 70, a rotary actuator 80, and an end effector 85.
【0052】第1ないし第3リニアアクチュエータ50
〜70は互いに直交するように順次に連結されている。
また、回転系アクチュエータ80はその先端部分に結合
されたエンドエフェクタ85の姿勢を任意の角度に変化
させることにより、そのエンドエフェクタ85で支持さ
れる微小な対象物の姿勢を変化できる。First to third linear actuators 50
Are sequentially connected so as to be orthogonal to each other.
In addition, the rotary actuator 80 can change the attitude of the minute object supported by the end effector 85 by changing the attitude of the end effector 85 connected to the distal end portion to an arbitrary angle.
【0053】第2実施形態のマイクロマニピュレータ5
は、図5をみて分かるように、第1実施形態のマイクロ
マニピュレータ1と類似しているが、第1実施形態と異
なる構成の第1〜第3リニアアクチュータ50〜70を
有している。以下では、このリニアアクチュエータの構
成について説明する。The micromanipulator 5 of the second embodiment
5 is similar to the micromanipulator 1 of the first embodiment, but includes first to third linear actuators 50 to 70 having a configuration different from that of the first embodiment. Hereinafter, the configuration of this linear actuator will be described.
【0054】図6は、第1リニアアクチュエータ50の
斜視図である。図7は、図6のVII−VII位置から見た断
面図である。FIG. 6 is a perspective view of the first linear actuator 50. FIG. 7 is a sectional view as viewed from the position VII-VII in FIG.
【0055】第1実施形態の第1リニアアクチュエータ
10では、付勢ばね17によりガイド軸12をスライダ
13に押圧していたが、第1リニアアクチュエータ50
では、鋼球であるボール56と付勢部材57とにより押
圧する構成となっている。In the first linear actuator 10 of the first embodiment, the guide shaft 12 is pressed against the slider 13 by the biasing spring 17.
In this configuration, a pressing is performed by a ball 56 which is a steel ball and an urging member 57.
【0056】付勢部材57は、ポリアセタール樹脂等の
弾性部材から構成され、ボール56が嵌入する円筒状の
穴部57hを有している。そして、付勢部材57の端部
とスライダ53の端部とは連結しており、穴部57にボ
ール56が嵌合保持され、ガイド軸52を押圧する。ま
た、ガイド軸52の接触面52cに対してボール56が
点接触の状態となるため、スライダ53の駆動がスムー
ズになり、リニアアクチュエータとしての可動部の動作
のバラツキが少なくなる。The urging member 57 is made of an elastic member such as polyacetal resin, and has a cylindrical hole 57h into which the ball 56 is fitted. The end of the urging member 57 and the end of the slider 53 are connected, and the ball 56 is fitted and held in the hole 57 to press the guide shaft 52. Further, since the ball 56 comes into a point contact with the contact surface 52c of the guide shaft 52, the driving of the slider 53 becomes smooth, and the variation of the operation of the movable portion as the linear actuator is reduced.
【0057】ガイド軸52は、第1実施形態と同様に、
スライダ53と摺接する第1ガイド面52aと第2ガイ
ド面52bとを有するとともに、ボール56に接する平
面状の接触面52cとを有している。この第1ガイド面
52aと第2ガイド面52bとは、互いに垂直な平面と
なっている。また、ガイド軸52は、第1ガイド面52
aの中央部に着磁パターン形成部54が埋め込まれてい
る。The guide shaft 52 is, as in the first embodiment,
It has a first guide surface 52a and a second guide surface 52b that are in sliding contact with the slider 53, and has a planar contact surface 52c that is in contact with the ball 56. The first guide surface 52a and the second guide surface 52b are planes perpendicular to each other. The guide shaft 52 is provided with a first guide surface 52.
The magnetized pattern forming part 54 is embedded in the center of the area a.
【0058】スライダ53は、第1実施形態と同様に、
ガイド軸52の第1ガイド面52aと第2ガイド面52
bとに摺接する2つの垂直面53a、53bとを有して
いる。また、スライダ53は、ガイド軸52の着磁パタ
ーン形成部54に対応して、面53aに磁気抵抗素子5
5が埋め込まれている。The slider 53 is, like the first embodiment,
First guide surface 52a and second guide surface 52 of guide shaft 52
b, and two vertical surfaces 53a and 53b that are in sliding contact with the first surface b. The slider 53 has a surface 53a corresponding to the magnetized pattern forming portion 54 of the guide shaft 52, and
5 is embedded.
【0059】また、ボール56からの押圧力FBの角度
は、ガイド軸52における第1ガイド面52aの垂線と
第2ガイド面52bの垂線との平均となる角度、本実施
形態では第1ガイド面52aと第2ガイド面52bとに
対して45度の角度となることが好ましい。これによ
り、ガイド軸52の第1ガイド面52aとスライダ53
の面53aと押圧力と、ガイド軸52の第2ガイド面5
2bとスライダ53の面53bとの押圧力とをほぼ均等
にすることができ、スライダ53の回転がたを効果的に
抑制できとともに、摩擦力を適切に生じさせることがで
きる。The angle of the pressing force FB from the ball 56 is an average angle between the perpendicular of the first guide surface 52a and the perpendicular of the second guide surface 52b of the guide shaft 52. In this embodiment, the first guide surface Preferably, the angle is 45 degrees with respect to 52a and the second guide surface 52b. Thereby, the first guide surface 52a of the guide shaft 52 and the slider 53
Surface 53a, pressing force, and second guide surface 5 of guide shaft 52
The pressing force between the slider 2b and the surface 53b of the slider 53 can be substantially equalized, and the rotation of the slider 53 can be effectively suppressed, and the frictional force can be appropriately generated.
【0060】このように第1リニアアクチュエータ50
のスライダ53はボール56による一定の摩擦力によっ
てガイド軸52に固定された状態となっており、スライ
ダ53にその摩擦力以上の力が作用することでX軸に沿
った方向に摺動する。具体的に説明すると、X軸方向に
沿ってのガイド軸72の加振手段となる圧電素子51が
停止または緩やかな伸縮動作を行う場合には、スライダ
53に対してボール56による摩擦力以上の力が作用し
ないため、ガイド軸52に対するスライダ53の位置は
変化しない。これに対して、圧電素子51が瞬時に伸縮
動作を行う場合には、スライダ53に対して付勢部材7
7による摩擦力以上の慣性力が作用するのでガイド軸5
2に対するスライダ53の位置は圧電素子51の伸縮方
向とは逆方向に移動する。As described above, the first linear actuator 50
The slider 53 is fixed to the guide shaft 52 by a constant frictional force of the ball 56, and slides in a direction along the X axis when a force greater than the frictional force acts on the slider 53. More specifically, when the piezoelectric element 51 serving as a vibrating means of the guide shaft 72 along the X-axis direction stops or performs a gradual expansion / contraction operation, the slider 53 exerts more force than the frictional force of the ball 56. Since no force acts, the position of the slider 53 with respect to the guide shaft 52 does not change. On the other hand, when the piezoelectric element 51 expands and contracts instantaneously, the urging member 7
7 has an inertia force greater than the frictional force.
The position of the slider 53 relative to 2 moves in the direction opposite to the direction in which the piezoelectric element 51 expands and contracts.
【0061】<マイクロマニピュレータ5の動作>第2
実施形態に係るマイクロマニピュレータの動作は、リニ
アアクチュエータ50に係る動作を除き、第1実施形態
と同様である。<Operation of Micromanipulator 5> Second
The operation of the micromanipulator according to the embodiment is the same as that of the first embodiment except for the operation of the linear actuator 50.
【0062】第1リニアアクチュエータ50では、第1
実施形態のリニアアクチュエータ10と同様に、図4に
示す電圧波形を圧電素子51に印加することによって圧
電素子51を振動(伸縮)させて、ガイド軸52に対し
てスライダ53を移動させることができる。In the first linear actuator 50, the first
Similar to the linear actuator 10 of the embodiment, by applying the voltage waveform shown in FIG. 4 to the piezoelectric element 51, the piezoelectric element 51 vibrates (expands and contracts), and the slider 53 can be moved with respect to the guide shaft 52. .
【0063】ここでは、ボール56により、ガイド軸5
2の第1ガイド面52aと第2ガイド面52bとをスラ
イダ53の2の面53a、53bに押圧しているため、
ガイド軸52に対するスライダ53の回転を規制でき
る。さらに、ガイド軸52に対するスライダ53の摺動
に必要な摩擦力を適切に発生させることができる。In this case, the guide shaft 5 is
Since the second first guide surface 52a and the second guide surface 52b are pressed against the second surfaces 53a and 53b of the slider 53,
The rotation of the slider 53 with respect to the guide shaft 52 can be restricted. Further, the frictional force required for sliding the slider 53 with respect to the guide shaft 52 can be appropriately generated.
【0064】第1リニアアクチュエータ50の動作につ
いて説明したが、第2リニアアクチュエータ60および
第3リニアアクチュエータ70についても同様の動作で
ある。Although the operation of the first linear actuator 50 has been described, the same applies to the second linear actuator 60 and the third linear actuator 70.
【0065】したがって、第1ないし第3リニアアクチ
ュエータ50〜70を駆動することにより、エンドエフ
ェクタ85のXYZ座標系における位置を制御できる。
なお、エンドエフェクタ85の回転動作については、回
転系アクチュエータ80により任意の角度に制御が可能
となる。Accordingly, the position of the end effector 85 in the XYZ coordinate system can be controlled by driving the first to third linear actuators 50 to 70.
The rotation operation of the end effector 85 can be controlled to an arbitrary angle by the rotation actuator 80.
【0066】以上のマイクロマニピュレータ5の動作に
より、第1実施形態と同様に、リニアアクチュエータの
スライダにおける回転がたを簡易に抑制できる。そし
て、マイクロマニピュレータ5のようにリニアアクチュ
エータが順次に連結している場合でも、がたの累積を防
止するのに有効である。By the operation of the micromanipulator 5, the rotation of the slider of the linear actuator can be easily suppressed as in the first embodiment. Further, even when the linear actuators are sequentially connected as in the case of the micromanipulator 5, it is effective to prevent the accumulation of backlash.
【0067】<変形例> ◎第1実施形態のガイド軸における付勢ばね17との接
触面12cについては、曲面とするのは必須でなく、平
面でも良い。<Modifications> The contact surface 12c of the guide shaft of the first embodiment with the urging spring 17 is not necessarily required to be a curved surface but may be a flat surface.
【0068】◎上記の各実施形態の第1ガイド面と第2
ガイド面とについては、互いに垂直であるのは必須でな
く、鋭角や鈍角であっても良い。◎ The first guide surface and the second guide surface in each of the above embodiments.
The guide surfaces are not necessarily perpendicular to each other, and may be at an acute angle or an obtuse angle.
【0069】◎上記の各実施形態の第1ガイド面と第2
ガイド面とについては、平面であるのは必須でなく、円
筒面以外の曲面であっても良い。The first guide surface and the second guide surface in each of the above embodiments.
The guide surface is not necessarily a flat surface, but may be a curved surface other than a cylindrical surface.
【0070】◎上記の第1実施形態のスライダ13、2
3、33については、図9に示すように、面13a、1
3bにそれぞれ逃げ溝13f、13gを設けても良い。
これにより、ガイド軸12の第1ガイド面12aとスラ
イダ13の接触面13aとの間、およびガイド軸12の
第2ガイド面12bとスライダ13の接触面13bとの
間の摩擦力を、接触面積を縮小することによる適正化が
図れる。なお、逃げ溝については、スライダ13の接触
面13a、13bに設けるのは必須ではなく、一方に設
けても良い。また、第2実施形態のスライダ53、6
3、73についても、同様の逃げ溝を設けても良い。The sliders 13 and 2 of the first embodiment described above
Regarding 3 and 33, as shown in FIG.
Escape grooves 13f and 13g may be provided in 3b, respectively.
Thereby, the frictional force between the first guide surface 12a of the guide shaft 12 and the contact surface 13a of the slider 13 and the friction force between the second guide surface 12b of the guide shaft 12 and the contact surface 13b of the slider 13 are reduced. Can be optimized by reducing. It is not essential to provide the relief groove on the contact surfaces 13a and 13b of the slider 13, and it may be provided on one of them. Further, the sliders 53 and 6 of the second embodiment
A similar relief groove may be provided for 3 and 73.
【0071】◎上記の各実施形態のリニアアクチュエー
タ10、50については、スライダ13、53を可動に
するのは必須ではなく、スライダ13、53を固定にし
て、ガイド軸12、52側を動かすようにしても良い。Regarding the linear actuators 10 and 50 of the above embodiments, it is not essential to make the sliders 13 and 53 movable. Instead, the sliders 13 and 53 are fixed and the guide shafts 12 and 52 are moved. You may do it.
【0072】[0072]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1ないし請
求項6の発明によれば、ガイド軸の第1面と第2面とを
部材の2の面に相対的に押圧するため、部材における回
転がたを簡易に抑制できる。As described above, according to the first to sixth aspects of the present invention, the first surface and the second surface of the guide shaft are pressed relatively to the second surface of the member. Can be easily suppressed.
【0073】また、押圧手段は、ガイド軸の振動によっ
て部材が相対的に摺動するために必要な摩擦力の発生
と、部材の回転の防止という2つの機能を併せ持つこと
となる。したがって、部品点数が少なく、コンパクト
に、これらの機能を達成できる。Further, the pressing means has both functions of generating a frictional force necessary for the members to slide relatively by the vibration of the guide shaft and preventing rotation of the members. Therefore, these functions can be achieved compactly with a small number of parts.
【0074】特に、請求項2の発明については、ガイド
軸の第1面と第2面とは互いに垂直な平面であるため、
部材における回転がたを適切に抑制できる。In particular, according to the second aspect of the present invention, since the first surface and the second surface of the guide shaft are planes perpendicular to each other,
Rotation of the member can be appropriately suppressed.
【0075】また、請求項3の発明においては、部材に
おける回転がたが抑制できるため、複数のリニア可動機
構が順次に連結されても、がたの累積を抑制できる。According to the third aspect of the present invention, since the rotation of the members can be suppressed, even if a plurality of linear movable mechanisms are sequentially connected, the accumulation of the backlash can be suppressed.
【0076】また、請求項4の発明においては、ガイド
軸と押圧手段とが点接触または線接触の状態であるた
め、部材をスムーズに移動させることができる。According to the fourth aspect of the present invention, since the guide shaft and the pressing means are in point contact or line contact, the members can be moved smoothly.
【0077】また、請求項5の発明においては、押圧手
段がガイド軸の第1面と第2面とを部材の2の面にほぼ
均等に押圧するため、部材における回転がたを効果的に
抑制できる。According to the fifth aspect of the present invention, since the pressing means presses the first surface and the second surface of the guide shaft substantially evenly on the second surface of the member, the rotation of the member can be effectively prevented. Can be suppressed.
【図1】本発明の第1実施形態に係るマイクロマニピュ
レータ1の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a micromanipulator 1 according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1リニアアクチュエータ10の斜視図であ
る。FIG. 2 is a perspective view of the first linear actuator 10. FIG.
【図3】図2のIII−III位置から見た断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view as viewed from the position of III-III in FIG. 2;
【図4】圧電素子11に印加する電圧波形の例を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a voltage waveform applied to a piezoelectric element 11;
【図5】本発明の第2実施形態に係るマイクロマニピュ
レータ5の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a micromanipulator 5 according to a second embodiment of the present invention.
【図6】第1リニアアクチュエータ50の斜視図であ
る。6 is a perspective view of the first linear actuator 50. FIG.
【図7】図6のVII−VII位置から見た断面図である。FIG. 7 is a sectional view as viewed from a position VII-VII in FIG. 6;
【図8】変形例に係るリニアアクチュエータの断面図で
ある。FIG. 8 is a sectional view of a linear actuator according to a modification.
【図9】従来例に係るリニアアクチュエータの断面図で
ある。FIG. 9 is a cross-sectional view of a linear actuator according to a conventional example.
1、5 マイクロマニピュレータ 10、20、30、50、60、70 リニアアクチュ
エータ 11、21、31、51、61、71 圧電素子 12、22、32、52、62、72 ガイド軸 12a、52a 第1ガイド面 12b、52b 第2ガイド面 13、23、33、53、63、73 スライダ 13a、13b、53a、53b スライダの接触面 17 付勢ばね 56 ボ−ル 57 弾性部材1,5 Micromanipulator 10,20,30,50,60,70 Linear actuator 11,21,31,51,61,71 Piezoelectric element 12,22,32,52,62,72 Guide shaft 12a, 52a First guide Surface 12b, 52b Second guide surface 13, 23, 33, 53, 63, 73 Slider 13a, 13b, 53a, 53b Slider contact surface 17 Urging spring 56 Ball 57 Elastic member
Claims (6)
を用いて所定の作業を行うマイクロマニピュレータであ
って、 前記リニア可動手段は、 (a)所定のガイド方向に伸びた第1面と第2面とを有す
る非円筒形のガイド軸と、 (b)前記第1面と前記第2面とに摺接する2の面を有す
る部材と、 (c)前記ガイド軸の前記第1面と前記第2面とを前記2
の面に相対的に押圧する押圧手段と、 (d)前記所定のガイド方向に前記ガイド軸を加振する加
振手段と、を備え、 前記部材は、前記ガイド軸の振動によって前記ガイド軸
に沿って相対的に摺動することを特徴とするマイクロマ
ニピュレータ。1. A micromanipulator for performing a predetermined operation on a minute object by using a linear movable means, the linear movable means comprising: (a) a first surface extending in a predetermined guide direction; A non-cylindrical guide shaft having a second surface; (b) a member having two surfaces slidingly contacting the first surface and the second surface; and (c) a first surface of the guide shaft. The second surface is
(D) vibrating means for vibrating the guide shaft in the predetermined guide direction, wherein the member is provided on the guide shaft by vibration of the guide shaft. A micromanipulator characterized in that it slides relatively along.
タにおいて、 前記第1面と前記第2面とは、互いに垂直な平面である
ことを特徴とするマイクロマニピュレータ。2. The micromanipulator according to claim 1, wherein the first surface and the second surface are planes perpendicular to each other.
ロマニピュレータにおいて、 前記リニア可動手段は複数のリニア可動機構を有してお
り、 複数のリニア可動機構は順次に連結されていることを特
徴とするマイクロマニピュレータ。3. The micromanipulator according to claim 1, wherein the linear movable means has a plurality of linear movable mechanisms, and the plurality of linear movable mechanisms are sequentially connected. And a micromanipulator.
載のマイクロマニピュレータにおいて、 前記ガイド軸と前記押圧手段とは、点接触または線接触
の状態であることを特徴とするマイクロマニピュレー
タ。4. The micromanipulator according to claim 1, wherein the guide shaft and the pressing unit are in point contact or line contact.
ロマニピュレータにおいて、 前記押圧手段は、前記ガイド軸の前記第1面と前記第2
面とを前記2の面にほぼ均等に押圧することを特徴とす
るマイクロマニピュレータ。5. The micromanipulator according to claim 1, wherein said pressing means includes a first surface of said guide shaft and said second surface.
A micromanipulator that presses the surface substantially evenly against the second surface.
マイクロマニピュレータで用いるアクチュエータであっ
て、 (a)所定のガイド方向に伸びた第1面と第2面とを有す
る非円筒形のガイド軸と、 (b)前記第1面と前記第2面とに摺接する2の面を有す
る部材と、 (c)前記ガイド軸の前記第1面と前記第2面とを前記2
の面に相対的に押圧する押圧手段と、 (d)前記所定のガイド方向に前記ガイド軸を加振する加
振手段と、を備え、 前記部材は、前記ガイド軸の振動によって前記ガイド軸
に沿って相対的に摺動することを特徴とするアクチュエ
ータ。6. An actuator used in a micromanipulator for performing a predetermined operation on a minute object, wherein: (a) a non-cylindrical shape having a first surface and a second surface extending in a predetermined guide direction. A guide shaft, (b) a member having two surfaces that are in sliding contact with the first surface and the second surface, and (c) the first surface and the second surface of the guide shaft
(D) vibrating means for vibrating the guide shaft in the predetermined guide direction, wherein the member is provided on the guide shaft by vibration of the guide shaft. An actuator characterized by relatively sliding along.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000070003A JP2001260095A (en) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | Micromanipulator and actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2000070003A JP2001260095A (en) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | Micromanipulator and actuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001260095A true JP2001260095A (en) | 2001-09-25 |
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ID=18588796
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2000070003A Pending JP2001260095A (en) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | Micromanipulator and actuator |
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| JP (1) | JP2001260095A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011055000A1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | Sensapex Oy | Compact micromanipulator |
| US9662783B2 (en) | 2011-11-10 | 2017-05-30 | Sensapex Oy | Micromanipulator arrangement |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000070003A patent/JP2001260095A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011055000A1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | Sensapex Oy | Compact micromanipulator |
| US9138892B2 (en) | 2009-11-06 | 2015-09-22 | Sensapex Oy | Compact micromanipulator |
| US9662783B2 (en) | 2011-11-10 | 2017-05-30 | Sensapex Oy | Micromanipulator arrangement |
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