DE3541082A1

DE3541082A1 - Manipulator zur verwendung bei einer glaselektrode oder dergleichen

Info

Publication number: DE3541082A1
Application number: DE19853541082
Authority: DE
Inventors: Eiichi Narishige; Shinji Tokio/Tokyo Yoneyama
Original assignee: NARISHIGE CORP Ltd
Current assignee: NARISHIGE CORP Ltd
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1986-11-20
Also published as: GB8519206D0; US4679976A; GB2175049B; GB2175049A; JPS61265283A; DE3541082C2; JPH0373432B2

Description

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Manipulator zur Verwendung bei einer Glaselektrode

oder dergleichen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator der dazu verwendbar ist, eine Glaselektrode oder dergleichen zu manipulieren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Manipulator zur Fernmanipulation einer Glaselektrode oder dergleichen mit Hilfe von hydraulischem Druck, um die genetische Information abzunehmen, die sich auf eine bestimmte Zelle bezieht, und zwar auf dem Gebiet der Medizinwissenschaft oder Biotechnologie, die in den letzten Jahren im Hinblick auf die Genrr.anipuiaticn star.-; erforscht wurde.

Eine Glaselektrode in der Form eines injektionsnadelförmigen Glasrohrs wurde in den letzten Jahren entwickelt, und zwar mit einem Durchmesser der im Bereich von 1 bis 3 mm liegt, wobei die Länge im Bereich von 50 bis 60 mm liegt. Die in der Weise konstruierte Glaselektrode ist normalerweise mit einem Elektrolyten gefüllt, wie beispielsweise mit Kaliumchlorid, Natriumchlorid oder dergleichen. Infolge der unterschiedlichen Forschungs- ur.d Entwicklungsarbeiten wurde eine solche Glaselektrode mit einen· Durchmesser am vordersten Ende in der Größenordnung von 0,1 Mikron hergestellt. Es wird somit möglich, durch Einsetzen der Glaselektrode in eine Zelle unterschiedliche Teile genetischer Information zu erhalten, und zwar Information betreffend die Funktionen einer bestimmten einzigen Zelle.

Wenn eine Glaselektrode mit einem auf 0,5 Mikron verminderten Durchmesser am vordersten Ende in eine bestimmte einzige Zelle eingesetzt wird, so ist es erforderlich, daß die Elektrode ordnungsgemäß positioniert ist, um zu verhindern, daß weder die Zelle noch die Elektrode beschädigt oder verletzt werden, und wobei ferner die Versetzung der Elektrode bewirkt werden nuß, ohne daß irgendein Schütteln eine Mäanderbewegung oder dergleichen auftritt.

Im Hinblick auf die obigen Erfordernisse schlug der Erfinder einen Manipulator vor, der in den folgenden japanischen Patentanmeldungen offenbart ist: Nr. 27478/1983 und 134918/1984. Zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung sei der bislang vorgeschlagene Manipulator anhand der Fig. 7 beschrieben. Der in Fig. 7 beschriebene Manipulator wird durch hydraulisches Öl betätigt. Wenn der X-Koordinatengeradlinig-Antriebmechanismus 81 betätigt wird, wo wird eine Glaselektrode A oder dergleichen angeordnet am Betätigungsabschnitt 82 in Längs ri?r,-tung (im folgenden als die Richtung der X-Koordinate bezeichnet) versetzt. Wenn der Y-Koordinatenlinear-Antriebsmechanismus 83 betätigt v.ird, wo wird dieser in Querrichtung versetzt (diese Richtung wird im folgenden als die Richtung der Y-Koordinate bezeichnet). Wenn ferner der kippbare Hebel 85 verdreht wird, urr. den Z-Koordina^en-Antriebsmechanismus 84 zu betätigen, wo wirä er in der Vertikalrichtung versetzt (im folgenden als die Richtung der Z-Koordinate bezeichnet). Wenn darüberhinaus der kippbare Hebe] 85 in irgendeiner Richtung geneigt wird, so wird er mittels des X-Y-Kocrdinatenebenen-Antriebsmechanismus 86 versetzt, und zwar um einen Abstand entsprechend der Richtung der Neigungsbewegung des kippbaren Hebels wie auch der Größe der Neigungstewegung desselben.

Aus der Zeichnung ergibt sich in klarer Weise, daß der bekannte Manipulator derart konstruiert ist, daß sowohl der X-Koordinaten- * wie auch der Y-Koordinatengeradlinig-Antriebsmechanismus 81, 63 gesondert von dem X-Y-Koordinatenebenen-Antriebsmechanismus 35 angeordnet sind, und jeder derselben steht in hydraulischer Verbindung mit dem Betätigungsabschnitt 82 mittels einer Leitung aus Rohrmitteln. Infolge der Anordnung des Antriebsmechanismus in dieser Weise ergibt sich, daß der Manipulator durch eine grosse Anzahl von Teilen und Komponenten in größeren Abmessungen aufgebaut ist, was erhöhte Herstellungskosten zur Folge hat. Insbesondere besitzen sowohl der X-Koordinatengeradlinig-Antriebsmechanismus 81 wie auch der Y-Koordinatengeradlinig-Antriebsme-

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chanismus 83 einen darin eingebauten Hydraulikzylinder. Andererseits besitzt der X-Y-Koordinatenebenen-Antriebsmerhanis^Uf 86 auch einen Hydraulikzylinder 87 betätigbar in der Richtung der X-Koordinate und einen Hydraulikzylinder 88 betätigbar in Richtung der Y-Koordinate, und zwar eingebaut darinnen. Diese Struktur oder Bauweise erfordert eine große Anzahl von Zubehör wie beispielsweise Bügeln u.s.w. Der hydraulische Zylinder 87 betätigbar in Richtung der X-Koordinate steht in hydraulischer Verbindung nicht nur mit einem zugehörigen Hydraulikzylinder in dem Betätigungsabschnitt 82 sondern auch mit einem Hydraulikry-1 inder des X-Koordinater.geradl inig-Versetzungsrnechanismus 81, wohingegen der Hydraulikzylinder 88 betätigtar in Richtung der Y-Koordinate in hydraulischer Verbindung steht mit sowor.l eir'.err. zugehörigen Hydraulikzylinder in dem Betätigungsabschni^t 82 a2c auch einem Hydraulikzylinder des Y-Koordinatengeradlinig-Antriebsmechanismus 83, und zwar in der gleichen Weise wie der Hydraulikzylinder 87. Dies bedeutet, daß das gesamte hydraulische System zahlreiche Verbindungen aufweist, wodurch der Zusammenbau nur mit einer großen Anzahl von Arbeitsstunden erreicht werden kann. Der weitere Nachteil des herkömmlichen Manipulators besteht darin, daß Luftblasen die Tendenz haben, an Verbindungsflächen während des Öl einfüll ens anzuhaften und es ist ziemlich schwer, die Luft abzulassen. Darüberhinaus wird ein beträchtliches C-Ivolumen ir. dem hydraulischen System benötigt. Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Manipulators besteht darin, da3 dann, wenn der X-Koordinatengeradlinig-Antriebsmechanismus 81 oder der Y-Koor:jinatengeradlinig-Antriebsmechanismus 83 betätigt wird, der hydraulische Druck nicht nur zum Betätigungsabschnitt 82 übertragen wird, sondern auch zu dem X-Y-Koordinater.ebene-.-Antriebsmechanismus 86, wodurch ein hydraulischer Druck ak'.iv auf der. Betätigungsabschnitt 82 vermindert wird und darüberhinaus wird der X-Y-Koordinatenebenen-Antriebsmechanismus veranlaßt, als der Betätigungsabschnitt 82 zu arbeiten, wodurch ein Teil des Hydraulikdrucks in dem Betätigungsabschnitt djrch die Hydraulikzylinder in dem X-Y-Koordinatenebenen-Antriebsmechanismus abs sr-

biert wird, was eine Glaselektrode oder dergleichen zur Folge hat, die von der erforderlichen Position weg versetzt wird.

Infolge der Verwendung von Öl als hydraulisches Medium in den herkömmlichen Manipulator veranlaßt die thermische Ausdehnung ues CIs beim Ansteigen der Temperatur eine Abweichung der Glaselektrode rider dergleichen gegenüber der erforderlichen Position. Aus dieser· Grunde ist es vorzuziehen, daß das für das hydraulische System eir. hydraulisches Medium mit einem niedrigen thermischer. Ausdehnungskoeffizienten verwendet wird, wobei aber der Erfinder keine Vorschläge hinsichtlich eines Hydraulischen Mediums geeignet für den Manipulator machte. Es wurde vorgeschlagen, d£;3 Wasser air ein hydraulisches Medium verwendet werden kann, a'.-erdie 'Verwendung von Wasser wurde deswegen fallengelassen, v/eil :ir Befürchtung bestand, daß dieses Rost oder Leckwasser zur Fcl;:e

Ferner ist der 'Betätigungsabschnitt des konventionellen Manipulators derart konstruiert, daß eine große Membran darinnen eingebaut ist und eine Rückholfeder ist an der seitlichen Seite derselben angeordnet, was zur Folge hat, daß der gesamte Betätigungsabschnitt ^n größeren Abmessungen konstruiert wird. Es besteht daher ein großes Bedürfnis nach einem Betätigungsabschnitt kleinerer Größe.

Zusammenfassung der Erfindung. Die vorliegende Erfindung _&eht aus von dem oben beschriebenen Stand der Technik. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Manipulator der ot-.r erwähnten Art derart auszulegen, daß sichergestellt ist, daß er durch eine verminderte Anzahl von Teilen und Komponenten mit kleineren Abmessungen herstellbar ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Manipulator der oben genannten Art derart auszubilden, daß sichergestellt ist, daß eine Glaselektrode oder dergleichen mit hoher Genauigkeit positioniert wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Manipulator

der oben erwähnten Art anzugeben, bei dem nicht die Möglichkeit, besteht, daß eine Feh]funktion hervorgerufen wird, daß die G aselektrode oder dergleichen von der vorgeschriebenen Position abweicht.

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wird erfindungsgemaß ein Manipulator vorgeschlagen, um eine Glaselektrode oder dergleichen zu manipulieren, und zwar weist dieser Manipulator irr. wesentlichen einen Betätigungsabschnitt mit der Gl aseie.Ktrode oder dergleichen befestigt darauf auf und ferner einen Betätigungsabschnitt mit einem X-Koordinaten-Versetzungsmechanisru? zum Versetzen desselben in Richtung der X-Koordinate, einen Y-Koordinaten-Versetzungsmechanismus zum Versetzen desselben ir. Richtung der Y-Koordinaten und einen Z-Koordinaten-Versetzungsmechanismus zum Versetzen desselben in Richtung der Z-Koordinsir, wobei jeder der X-Koordinaten-, Y-Koordinaten- und Z-Kccrdinaten-Versetzungsmechanismen einen Hydraulikzylinder aufweist, der rr.it einem hydraulischen Medium gefüllt ist, und wobei ein Antriecsabschnitt dazu vorgesehen ist, den Betätigungsabschnitt anzutreiben, wobei der Betätigungsabschnitt einen X-Y-Koordinatenebenen-Antriebsmechanismus und einen Z-Koordinaten-Antriebsmechanismus aufweist, wobei der X-Y-Koordinatenebenen-Antriebsrnechar.isn.us einen X-Koordinatengeradlinig-Antriebsmechanismus und einen X-Kccrdinatengeradlinig-Antriebsmechanismus aufweist, und zwar geeignet zur Betätigung mittels eines kuppbaren Hebels in dem der Z-Koordinaten-Antriebsmechanismus eingebaut ist, wobei jeder X-Koordinaten-, Y-Koordinaten- und Z-Koordinaten-Antriebsnecha^ismen ein hydraulischen Zylinder gefüllt mit Hydraulimedium aufweist, wobei der Hydraulikzylinder des X-Koordinatengerad]inig-Antriebsmechanismus in dem Antriebsabschnitt in hydraulischer Verbindung mit dem hydraulischen Zylinder des X-Koordinater.-Versetzungsmechanismus im Betätigungsabschnitt steht, und zwar üt-er ein Rohr, und wobei der Hydraulikzylinder des Y-Koordinatengeradl inig-Antriebsmechanismus im Antriebsabschnitt in hycraul isrr.er

©AD ORiQINAt

Verbindung steht mit dem Hydraulikzylinder des Y-Koordinatenversetzungsmechanismus in dem Betätigungsabschnitt und zwar durch ein Rohr, und wobei der Hydraulikzylinder des Z-Koordinatenantriebsmechanismus im Antriebsabschnitt in hydraulischer Verbindung steht mit dem Hydraulikzylinder des Z-Koordinatenversetzungsxnechanismus in dem Betätigungsabschnitt über ein Rohr.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der kippbare Hebel mit dem Z-Koordinaten-Antriebsmechanismus darinnen eingebaut betriebsmäßig verbunden mit dem X-Y-Koordinatenantriebsmechanismus, und zwar durch die Konbination einer Kugel am oberen Ende der Tragwelle aufrechtstehend auf einer Gleittafel des X-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus und einer größeren Kugel fest befestigt am untersten Ende des kippbaren Hebels Die größere Kugel ist mit einem hindurchgehenden Loch ausgestattet, in dem die Kugel an der Tragwelle eingesetzt ist.

Um das Ausmaß der Betätigung des kippbaren Hebels einzustellen, ist die größere Kugel drehbar in einem Gehäuse des Antriebsabschnitts in der Weise gelagert, daß ihre Position in dem Kugelaufnahmeloch mittels der Kombination aus einem Einstellring und einem Haltering einstellbar ist. Jeder der Hydraulikzylinder in sowohl den Antriebs- wie auch den Betätigungsabschnitten ist mit Wasser gefüllt, was einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als den von hydraulischem öl besitzt.

Jeder der hydraulischen Zylinder in dem Betätigungsabschnitt ist mit einer sehr kleinen Membran ausgestattet, und jeder der Versetzungsmechanismen in dem Betätigungsabschnitt weist eine Basistafel auf, an der der Hydraulikzylinder fest befestigt ist, geeignet für eine Gleitbewegung auf der Basisplatte oder Tafel, eine Kolbenstange, fest befestigt an dem einen Ende des Gleitelements, wobei das vorderste Ende der

Kolbenstange in Berührung mit der Membran kommt, wobei schließlich eine Rückführfeder in das langgestreckte Loch eingesetzt ist, welches durch das Gleitelement hindurch ausgebildet ist, und zwar zum vordersten Ende der Kolbenstange.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Manipulator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der linke Teil der Zeichnung ein Vertikalschnitt des Antriebsabschnitts ist, während der rechte Teil der Zeichnung eine perspektivische Ansicht des Betätigungsabschnitts ist;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des X-Y-Koordinatenebenenantriebsmechanismus in einem auseinandergelegten Zustand;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des X-Koordinatenversetzungsmechanismus, gezeigt in einerm auseinandergelegten Zustand;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt des X-Koordinatenversetzungsmechanismus gemäß Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt einer Membran, eingebaut im X-Kocrdinatenversetzungsmechanismus gemäß Fig. 4;

Fig. 6 einen Querschnitt des X-Koordinatenversetzungsmechanismus gemäß Linie I-I in Fig. 4;

Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines konventionellen Manipulators, verwendbar zum Manipulieren einer Glaselektrode o.dgl.

Im folgenden sei anhand der Zeichnung das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Antriebsabschnitt und mit 2 ist ein Betätigungsabschnitt bezeichnet. Der Antriebsabschnitt 1 wird im einzelnen gebildet durch eine Kombination aus einem X-Y-Koordinatenebenenantriebsmechanismus 3, einem Z-Koordinatenantriebsmechanisrnus 4, einen X-Koordinaten-Geradlinig-Äntriebsmechanismus 5 und einen Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 6. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist der X-Y-Koordinatenebenenantriebsmechanismus 3 derart konstruiert, daß eine stationäre Platte 7 fest auf einer Basisplattform 8 befestigt ist, und zwar mittels einer Vielzahl von Schrauben; die Y-Koordinatengleitplatte 9 ist gleitend auf der stationären Platte 7 derart gelagert, daß sie in Querrichtung gleiten kann, d.h. in einer Richtung der Y-Koordinate. Ein L-förmiger Bügel 10 ist an einer Endstirnfläche der stationären Platte 7 befestigt, und zwar mittels Schrauben und ein Körper 11 des Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 6 ist am Bügel 10 mittels Schrauben befestigt. Der Schraubenschaft 13 des Knopfs 12 steht gewindemäßig in Eingriff mit dem Körper 11 des Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 6 und weist ein langgestrecktes Loch 13A an darinnen ausgebildet auf, in welches das eine Ende einer Kolbenstange 14 eingesetzt ist.

Andererseits ist ein Bügel 15 mit der umgekehrten U-förmigen Schnittkonfiguration an einer Y-Koordinatengleitplatte 9 in betriebsmäßiger Assoziation mit dem Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 6 befestigt, und zwar mittels Schrauben und ein Hydraulikzylinder 6 ist mittels Schrauben 17 am Bügel 15 befestigt. Der Hydraulikzylinder 16 weist, was im folgenden im einzelnen beschrieben wird, im wesentlichen ein Gehäuse 18 auf, in dem eine Hydraulikkammer ausgebildet ist, wobei

ferner eine Membran vorgesehen ist, sowie ein Rohrglied 19, welches dazu dient, um die Membran an dem Gehäuse 18 anzuordnen und darüber hinaus am Bügel 15 zu befestigen. Eine X-Koordinatengleitplatte 20 ist gleitend an der Y-Koordinatengleitplatte 9 angeordnet, um eine Gleitbewegung bezüglich der Y-Koordinatengleitplatte 9 auszuführen. Die Gleitrichtung der X-Koordinatengleitplatte 20 ist die Horizontalrichtung, d.h. die X-Koordinatenrichtung. Dies bedeutet, daß eine rechtwinklige Kreuzung stattfindet mit der Gleitrichtung der Y-Koordinatengleitplatte 9, die auf der stationären Platte 7 gleitet.

Wie man am besten in Fig. 2 erkennt, ist ein Bügel 21 an der einen Stirnfläche der X-Koordinatengleitplatte 20 mittels Schrauben in der gleichen Weise befestigt wie dies der Fall für die Y-Koordinatengleitplatte 9 ist und ein Hydraulikzylinder 22 ist am Bügel 21 mittels Schrauben befestigt. Der X-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 5 ist an der einen Stirnfläche der Y-Koordinätengleitplatte 9 in Arbeitsverbindung mit dem Hydraulikzylinder 22 angeordnet. Der X-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 5 weist im wesentlichen folgendes auf: ein Gehäuse 23, ein mit dem Gehäuse gewindemäßig in Eingriff stehenden Knopf 24 und eine Kolbenstange 25, von der ein Ende in ein langgestrecktes Loch eingesetzt ist, welches im Knopf 24 in der gleichen Weise ausgebildet ist, wie im Falle des Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 6. Das Gehäuse 23 des X-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 5 ist fest am Bügel 2 3 mittels Schrauben befestigt. Es ist natürlich klar, daß der Bügel 26 an der Y-Koordinatengleitplatte 9 mittels Schrauben befestigt ist. Eine Kugel 28 ist am oberen Ende einer Tragwelle 27 befestigt, die aufrecht auf der Oberfläche der X-Koordinatengleitplatte 20 steht. Die Kugel 28 ist in ein Aufnahmeloch 31 einer grösseren Kugel 30 eingepaßt, die fest mit einem kippbaren Hebel 29 verbunden ist. Die größere Kugel 3 0 ist drehbar gelagert, und zwar mit Hilfe einer Kombination von Einstellring 32 und

Haltering 33. Der Einstellring 32 steht in Gewindeeingriff mit einem Gehäuse 34. Die Drehung des Einstellrings 32 bezüglich des Gehäuses 34 bewirkt, daß der Abstand zwischen den Mitten der Kugel 28 und der größeren Kugel 30 sich ändert. Die Mitte der größeren Kugel 30 ist der Drehpunkt des kippbaren Hebels 29. Die Vergrößerung oder Verkleinerung des Abstandes zwischen den Mitten gestattet daher, daß die Größe der Versetzung der Kugel 28, hervorgerufen durch die Neigung des kippbaren Hebels 29 vergrößert oder verkleinert wird. Somit wird ihrerseits die vergrößerte oder verkleinerte Größe der Versetzung auf die X-Koordinatengleitplatte 20 oder die Y-Koordinatengleitplatte 9 übertragen, was die Einstellung der Versetzungsgröße der Glaselektrode A, befestigt am Betätigungsabschnitt 2, gemäß dem Erfordernis durch den Benutzer zur Folge hat. Der kippbare Hebel 29 ist mit dem Z-Koordinatenantriebsmechanismus 4 versehen, der aus dem Hydraulikzylinder 3 5 besteht, ähnlich dem oben erwähnten Hydraulikzylinder, ferner besteht der Antriebsmechanismus 4 aus der Kolbenstange 3 6a, wodurch die Membran des Hydraulikzylinders 35 unter Schub gesetzt werden kann, und wobei ferner ein Knopf gewindemäßig mit dem kippbaren Hebel 29 in Eingriff steht. Die Hydraulikzylinder 16, 22 und 35 stehen, was im folgenden noch beschrieben wird, in Verbindung mit ihren zugehörigen Hydraulikzylindern, befestigt am Betätigungsabschnitt 2, und zwar durch drei Rohrleitungen.

Der Betätigungsabschnitt 2 weist einen X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37, einen Y-Koordinatenversetzungsmechanismus und einen Z-KoordinatenverSetzungsmechanismus 39 auf, von denen jeder in der gleichen Weise konstruiert ist, und wobei Unterschiede nur insofern vorliegen, als diese Mechanismen am Betätigungsabschnitt 2 in unterschiedlicher Orientierung angeordnet sind, um so die Versetzung in unterschiedlicher Richtung sicherzustellen. Der X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37 ist derart angeordnet, daß die Versetzung in Richtung

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der X-Koordinate erreicht wird. Der Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 ist derart angeordnet, daß die Versetzung in Richtung der Y-Koordinate erreicht wird. Der Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39 ist derart angeordnet, daß die Versetzung in der Richtung der Höhe erreicht wird. Im Hinblick auf den eben ausgeführten Zusammenhang sei im folgenden aus Gründen der Einfachheit nur auf den X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37 eingegangen.

Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt, weist der X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37 eine Grundplatte 40 auf, mit L'-förir.iger Querschnittsgestalt und ein Gleitelement 42 ist gleitend innerhalb einer Nut 41 der Grundplatte 4 0 angeordnet, und zwar mit Hilfe einer Vielzahl von Lagern 43. Aus Fig. 6 ist klar, daß die Lager 43 derart konstruiert sind, daß eine Anzahl von Stahlkugeln 4 6 zwischen zwei Schienen 44 und 4 5 sitzen, und zwar in der Form eines quadratischen Drahtes, der in die Nuten, ausgebildet an beiden Seitenwänden der Basisplatte 4 0 und auch dem Gleitelement 42 eingepaßt ist. Eine Kolbenstange 47 ist an der einen Endstirnfläche des Gleitelements 42 befestigt, und zwar am Mittelteil des Gleitelements und ein langgestrecktes Loch 48 ist in das Gebiet eingebohrt, welches sich vom anderen Ende des Gleitelements 4 2 zum vordersten Ende der Kolbenstange 4 7 erstreckt, so daß eine Rückholfeder 49 durch das Loch 48 eingesetzt ist, um so deren Spannung zu gestatten, zwischen der Endplatte 50 der Basisplatte 40 und dem vordersten Ende der Kolbenstange 47. Es sei bemerkt, daß die Länge der Rückholfeder 49 so lang wie möglich gemacht ist, um ihren Spannungskoeffizienten während der Expansion und Zusammendrückung nachteilig zu beeinflußen. Ein Bügel 51 ist an der vorderen Endstirnfläche der Basisplatte 40 befestigt, wie man in der Zeichnung erkennt, und zwar erfolgt die Befestigung mittels Schrauben, und darüber hinaus ist ein Hydraulikzylinder 52 in der gleichen Weise wie die Zylinder 16, 22 und 3 5 aufgebaut am Bügel 51 mittels Schrauben be-

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BAD ORIGINAL

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festigt. Wie in Fig. 4 gezeigt,ist der Hydraulikzylinder 52 derart konstruiert, daß der Flanschteil einer Membran 56 zwischen einem Gehäuse 54 mit einer darinnen ausgebildeten Hydraulikkammer 53 und einem Rohrglied 55 festgeklemmt ist, und sowohl das Gehäuse 54, wie auch das Rohrglied 55 sind unbeweglich miteinander mittels eines Gewinderings 57 verbunden. Das Gehäuse 54 ist mit einem Ventil 58 ausgestattet, um hydraulische Strömungsmittel in die Hydraulikkammer 53 einzuführen, oder um Luft aus letzterer abzulassen, und ferner ist eine Verbindung 59 vorhanden, durch die eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hydraulikzylinder 52 und dem Hydraulikzylinder 22 im Antriebsabschnitt 1 hergestellt wird. Die Membran 56 besteht aus Gummi, ausgekleidet mit Netzmaterial und die Membran ist sehr klein im Durchmesser, beispielsweise weniger als 5 mm. Um eine zuverlässige Abdichtung sicherzustellen, ist der Flanschteil der Membran 56 integral mit einem ringförmigen Vorsprung 60 ausgebildet. Das Rohrglied 55 ist am Bügel 51 mittels Schrauben 61 befestigt. Damit die Rückholfeder 49 nicht von der Achse des langgestreckten Lochs 48 wegabgelenkt wird, wird eine von der Platte 50 wegragende Stange 62 in die Rückholfeder 49 eingesetzt.

Das Gleitelement 42 des X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37 ist am Gleitelement 63 des Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 befestigt, und darüber hinaus ist die Grundplatte 64 des y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 mit dem Gleitelement 66 des Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39 durch eine Stange 65 verbunden. Es ist natürlich klar, daß die Glaselektrode A an dem Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39 in der Weise befestigt ist, daß sie frei in irgendeiner der drei Richtungen versetzt werden kann, d.h. in den Richtungen der X-Koordinate, der Y-Koordinate und der Z-Koordinate, und zwar durch die Kombination der X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37, des Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 und des Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39. Wie

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sich aus dem rechten Teil der Fig. 1 ergibt, ist die Glaselektrode A an der Grundplatte 67 des Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39 befestigt, und zwar mit Hilfe eines Passungswerkzeuges 77. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung des X-KoordinatenverSetzungsmechanismus 3 7 an dem Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 und die Befestigung letzteren an dem Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39 unter Verwendung eines Hilfsglieds, beispielsweise von plattenförmigen Paßgliedern 78 und 79 oder dgl. Die Grundplatte 40 des X-Koordinatenver Setzungsmechanismus 37 weist Betätigungsknöpfe 68 und 70 auf, die Komponenten für einen manuellen Versetzungsmechanismus 76 bilden, um die manuelle Versetzung in den X-Koordinaten-, Y-Koordinaten- und Z-Koordinatenrichtungen auszuführen. Demgemäß kann der Betätigungsabschnitt 2 auf einer bestimmten wissenschaftlichen Vorrichtung, wie beispielsweise einem Mikroskop oder dgl., mit Hilfe des manuellen Versetzungsmechanismus 76 angeordnet werden. Offensichtlich kann die Grundplatte 4 0 des X-KoordinatenversetZungsmechanismus 3 7 direkt auf einer solchen wissenschaftlichen Gerätschaft angeordnet werden. Da jeder der Mechanismen der X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37, der Y-Koordinatenversetzungsmechanisr.us 38 und der Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39 in sehr kleinen Abmessungen konstruiert ist, so können diese Mechanismen leicht auf dem manuellen Versetzungsmechanismus 76 zusammengebaut werden. Es sei bemerkt, daß die Art und Weise des Zusammenbaus auf dem letztgenannten Mechanismus nicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschränkt ist, sondern daß auch irgendeine andere Art des Zusammenbaus verwendet werden kann, vorausgesetzt, daß der beabsichtige Zweck in zufriedenstellender Weise erreicht wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, steht der Hydraulikzylinder 52 des X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37 in hydraulischer Verbindung mit dem Hydraulikzylinder 22 des Antriebsabschnitts 1, und zwar mittels eines Rohrs 71, wobei der Hydraulikzylinder

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des Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 in hydraulischer Verbindung mit dem hydraulischen Zylinder 16 im Antriebsabschnitt 1 über ein Rohr 73 steht und wobei schließlich der Hydraulikzylinder 74 des Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 3 9 in hydraulischer Verbindung mit dem Hydraulikzylinder 3 5 im Antriebsabschnitt 1 über ein Rohr 7 5 steht. Jeder der Hydraulikzylinder 16, 22, 35, 52, 72 und 74 ist in wasserdichter Weise mit Wasser mit einem kleinen thermischen Expansionskoeffizienten bei einem vorbestimmten Druck gefüllt.

Als nächstes sei die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Manipulators beschrieben.

Wenn die Glaselektrode A in eine bestimmte erforderliche Position in einer Zelle versetzt werden soll, so wird die Versetzung erreicht mittels des manuellen Versetzungsmechanismus 76 oder der Kombination des X-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 5, des Y-Koordinaten-Linear-Antriebsrnechanismus 6 und des Z-Koordinaten-Antriebsmechanismus 4. Wenn andererseits eine Zelle verarbeitet werden soll oder kinetische Information aus ihr erhalten werden soll, so wird der X-Y-Koordinatenebenenantriebsmechanismus 3 und der Z-Koordinaten-Antriebsmechanismus 4 betätigt, um die Glaselektrode A zu versetzen. In diesem Augenblick können der X-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 5 und der Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 6 zusätzlich betätigt werden.

Wenn der Knopf 24 des X-Koordinaten-Geradlinig-Versetzungsmechanismus 5 verdreht wird, so wird die Kolbenstange 25 veranlaßt, auf die Membran im Hydraulikzylinder 22 einen Schub auszuüben, um den hydraulischen Druck zu erhöhen oder von der Membran wegzubewegen, um den Hydraulikdruck zu vermindern. Dies bewirkt, daß die auf diese Weise erzeugten Veränderungen der Arbeitskräfte des Hydraulikzylinders 22 auf den Hydraulikzylinder 52 in dem X-Koordinatenversetzungsmechanismus 3 7

des Betätigungsabschnitts 2 übertragen werden, wodurch sich die Schubkraft, ausgeübt auf die Membran 56 des Hydraulikzylinders 52, mittels der Kolbenstange 4 7 verändert. Infolgedessen gleitet das Gleitelement 42 auf der Grundplatte 40 um einen Abstand äquivalent zu einer Drehgröße oder einem Drehausmaß des Knopfes 24. Gleiches gilt bezüglich des Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 6 und des Z-Koordinaten-Antriebsmechanismus 4. Der Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 und der Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 3 9 im Betätigungsabschnitt 2 werden entsprechend einem Drehausmaß der Knöpfe des Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus 6 und des Z-Koordinaten-Antriebsmechanismus 4 im Antriebsabschnitt 1 betätigt.

Wenn der kippbare Hebel 29 geneigt verläuft, so wird der X-Y-Koordinatenebenenantriebsmechanismus 3 abhängig von der Richtung der Kippbewegung betätigt, und zwar in einem entsprechenden Ausmaß. Speziell gleitet die Y-Koordinatengleitplatte 9 auf der stationären Platte 7 und sodann gleitet die X-Koordinatengleitplatte 20 auf der Y-Koordinatengleitplatte 9 abhängig von der Richtung der Kippbewegung des Kipphebels 29 und mit einem entsprechend großen Ausmaß. Infolge der oben erwähnten Gleitbewegung verändert sich die Schubkraft der Hydraulikzylinder 16 und 22 und die Veränderung der Schubkraft wird auf den Hydraulikzylinder 72 des Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 und den Hydraulikzylinder 52 des X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37 übertragen, wodurch die Glaselektrode A in der gleichen Weise wie oben erwähnt versetzt wird. Wenn die Schubkraft der Hydraulikzylinder 52, 72 und 74 im Betätigungsabschnitt 2 vermindert wird, so wird die Versetzung mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit bewirkt, und zwar durch den Effekt der elastischen Kraft der Rückholfeder 49.

Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird Wasser als hydraulisches Medium verwendet, was einen kleineren thermi-

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sehen Ausdehnungskoeffizienten als öl besitzt und positionsmäßige Fluktuationen der Glaselektrode A bei Temperaturveränderungen, die sogenannte Drift infolge Wärme, minimiert. Die Drift kann auf ein Sechstel derjenigen des bei öl vermindert werden. Zudem hat die Reduktion des Innenvolumens des hydraulischen Systems selbst die Drift weiter auf ein Zehntel reduziert, verglichen mit konventionellen Manipulatoren, bei denen Öl als hydraulisches Medium verwendet wird.

Das andere charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Manipulators ist seine Kompaktheit. Der X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37 ist derart konstruiert, daß er mit einer sehr kleinen Membran 56 ausgestattet ist, die kleiner als 5 mm im Durchmesser ist, ein Loch 48 erstreckt sich so weit wie bis zum vordersten Ende der Kolbenstange 4 7 in der Mitte eines Gleitelements 42 und eine Rückholfeder 4 9 ist in dem langgestreckten Loch 48 untergebracht. Alle diese Teile sind kompakt zusammengebaut in dem X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37. Der Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 und der Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39 haben eine ähnliche Konstruktion wie der X-Koordinatenversetzungsmechanismus 37. Der Betätigungsabschnitt 2 ist eine Anordnung aus diesen drei kompakten Versetzungsmechanismen und ist sehr klein in seiner gesamten Konstrukton. Demgemäß kann der Betätigungsabschnitt 2 an irgendeiner erforderlichen Position, angeordnet über der Bühne eines Mikroskops, angeordnet werden, wo normalerweise wenig Platz vorhanden ist. Infolgedessen kann der Abstand, gemessen von dem Paßwerkzeug 77, zum vordersten Ende der Glaselektrode A beträchtlich verkürzt werden, und zwar verglichen mit konventionellen Manipulatoren. Auf diese Weise kann die unerwünschte Ablenkung der Glaselektrode A,hervorgerufen durch Vibration, vermindert werden und irgendein Verarbeitungsvorgang kann in glatter ungestörter Weise durch einen Benutzer ausgeführt werden. Darüber hinaus können viele Manipulatoren an Positionen, angeordnet über ein Mikroskop hinweg,

vorgesehen sen. Der X-KoordinatenVersetzungsmechanismus 37, der Y-Koordinatenversetzungsmechanismus 38 und der Z-Koordinatenversetzungsmechanismus 39 sind sämtlich so klein, daß der Betätigungsabschnitt 2 ebenfalls in seiner Größe vermindert werden kann. Es ist daher leicht, den Betätigungsabschnitt 2 auf dem Adapter anzuordnen, und zwar kann dadurch der Betätigungsabschnitt 2 auf einem Mikroskop angepaßt werden.

Da jeder der hydraulischen Zylinder 16, 22, 35, 52, 72 und derart ausgelegt und konstruiert ist, daß sie in einer Art und Weise an einem Bügel befestigt sind, wie beispielsweise den Bügeln 15, 21 und 51, und zwar mittels einer Vielzahl von Schrauben, so können sie auch leicht miteinander ersetzt werden, wenn einer davon ausfallen sollte ordnungsgemäß zu arbeiten und darüber hinaus kann die Verwendung in irgendeiner Position erfolgen, ohne daß eine selektive Arbeitsweise notwendig ist. Demgemäß kann der Ersatzvorgang in einer kurzen Zeitperiode ausgeführt werden, vorausgesetzt, daß zwei Hydraulikzylinder hydraulisch miteinander über ein Rohr verbunden sind und Druck-und Lecktest werden zuvor für eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Füllen mit Wasser ausgeführt.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich klar, daß der erfindungsgemäße Manipulator zur Manipulation einer Glaselektrode oder dgl. mit folgenden vorteilhaften Merkmalen einsetzbar ist. Ein Vorteil besteht darin, daß die Kombination aus dem X-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus und dem Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsmechanismus als ein X-Y-Koordinatenebenenantriebsmechanismus dient, ohne daß eine Fehlfunktion auftritt, wenn die X-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsvorrichtung oder die Y-Koordinaten-Geradlinig-Antriebsvorrichtung betätigt wird, wobei ein Teil des auf diese Weise erzeugten hydraulischen Drucks durch einen zugehörigen Hydraulikzylinder des X-Y-Koordinatenebenenantriebsmechanismus absorbiert wird,

wie dies beim konventionellen Manipulator auftritt. Infolgedessen kann der erfindungsgemäße Manipulator mit einer verminderten Anzahl von Teilen und Komponenten aufgebaut werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Manipulators besteht darin, daß die Versetzung einer Glaselektrode oder dgl. mit verbesserter Genauigkeit erreicht werden kann, was eine nichtrichtige Verarbeitung unmöglich macht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Manipulator in kleineren Abmessungen und preiswerter herstellbar ist.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:

Ein Manipulator zum Manipulieren einer Glaselektrode oder dgl. Der Manipulator weist einen Antriebsabschnitt auf und einen Betätigungsabschnitt mit einer daran angeordneten Glaselektrode, wobei beide Abschnitte in betrieblicher Assoziation miteinander stehen, und zwar über drei Rohrleitungen. Die X-Koordinaten-, Y-Koordinaten- und Z-Koordinatenantriebsmechanismen im Antrxebsabschnitt sind hydraulisch verbunden mit den X-Koordinaten-, Y-Koordinaten- und Z-Koordinatenversetzungsmechanismen im Betätigungsabschnitt. Wenn ein kippbarer Hebel eingebaut mit. dem Z-Koordinatenantriebsmechanismus geneigt wird, so verändert sich der hydraulische Druck in dem X-Y-Koordinatenebenenantriebsmechanismus, gebildet durch die Kombination der X-Koordinaten- und Y-Koordinaeen-Geradlinig-Antriebsmechanismen,und auf diese Weise erzeugte Druckänderungen werden zu dem X-Koordinaten- und Y-Koordinatenversetzungsmechanismus im Betätigungsabschnitt übertragen, wodurch die Glaselektrode um einen Abstand versetzt wird, der äquivalent einem Winkel der Neigungsbewegung des kippbaren Hebels in beiden Richtungen der X-Koordinate und Y-Koordinate ist. Die Versetzung der Glaselektrode in der Richtung der Z-Koordinate wird durch Verdrehung des Knopfes am kippbaren Hebel bewirkt. Wasser mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als dem des Öls wird als hydraulisches Medium für jeden der hydraulischen Zylinder verwendet.

ORIGINAL i_Ns,

Claims

IS-8086 Manipulator zur Verwendung bei einer Glaselektrode oder dergleichen Patentansprüche

1. Ein Manipulator zum Manipulieren einer Glaselektrode oder dergleichen, wobei im wesentlichen folgendes vorgesehen ist: ein Eetätigungsabschnitt (2) mit der Glaselektrode oder dergleichen darauf angeordnet, wobei der Betätigungsabschnitt einen X-Koordinatenversetzungsmechanismus aufweist zum Versetzen desselben in der Richtung der X-Koordinate, einen Y-Koordinatenversetzungsmechanismus zum Versetzen desselben in der Richtung der Y-Koordinate und einen Z-Koordinatenversetzungsmechanismus zum Versetzen desselben in der Richtung der Z-Koordinate, wobei jeder der X-Koordinaten-, Y-Koordinaten- und Z-Koordinatenversetzungsrr.echanismen einen Hydraulikzylinder aufweist, der mit einem hydraulischen Medium gefüllt ist, und

einen Antriebsabschnitt (1) zum Antrieb des Betätigungsabschnitts, wobei der Antriebsabschnitt folgendes aufweist: einen X-Y-Koorcinaten ebenen -Antriebsmechanismus und einen Z-Koordinatenantriebsmechanismus, wobei der X-Y-Koordinaten ebenen -Antriebsmechanismus einen X-Koordinatengeradlinigen-Antriebsmechanismus und Y-Koordinatengeradlinigen-Antriebsmechanismus aufweist, und zwar geeignet zur Betätigung mittels eines kippbaren Hebels, in dem der Z-Koordinatenantriebsmechanismus inkorporiert ist, wobei jeder der X-Koordinaten-, Y-Koordinaten- und Z-Koordinatenantriebs-

ORIGINAL

mechanismen einen Hydraulikzylinder aufweist, der mit einem hydraulischen Medium gefüllt ist, wobei der Hydraulikzylinder des X-Koordinatengeradlinigen-Antriebsmechanismus in dem Antrietsabschnitt in hydraulischer Kombination steht mit dem hydraulischen Zylinder des X-Koordinatenversetzungsmechanismus in dem Betätigungsabschnitt, und zwar über Rohrmittel, wobei der Hydrau-1 ikzylinder des Y-Koordinatengeradlinigen-Antriebsrr.echanismus im Antriebsabschnitt in hydraulischer Verbindung mit dem Hydraulikzylinder in dem Y-Koordinatenversetzungsmechanismus in den 3etätigungsabschnitt ist, und zwar mittels Rohrmitteln, und wobei schließlich der Hydraulikzylinder des Z-Koordinaten&ntriebsmechanismus in dem Antriebsabschnitt in hydraulischer Verbindung steht mit dem Hydraulikzylinder des Z-Koordinatenversetzungsr:;echanismus in dem Betätigungsabschnitt, und zwar mittels Rohrnitteln.

2. Manipulator nach Anspruch 1, wobei Wasser als ein hydraulisches Medium für jeden der Hydraulikzylinder in sowohl dem Antriebs- wie auch den Betätigungsabschnitten verwendet wird.

3. Manipulator nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikzylinder in der Form eines Paars in der Weise verwendet werden, daß das eine Paar lösbar am Antriebsabschnitt befestigt ist, während das andere lösbar am Betätigungsabschnitt befestigt ist.

4. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikzylinder für die Versetzungsmechanismen in dem Betätigungsabschnitt mit einer sehr kleinen Membran ausgestattet sind, und wobei jeder der Versetzungsmechanismen eine Basisplatte aufweist, an der der Hydraulikzylinder fest angeordnet ist, wobei Gleitmittel dazu dienen, sich gleitend auf der Grundplatte zu bewegen, und wobei eine Kolbenstange fest an einem Ende öer Gleitmittel befestigt ist, wobei das vorderste Ende der Kolbenstange in Berührung mit der Membran kommt, und wobei eine Rückholfeder in ein langgestrecktes Loch eingesetzt ist, die durch die Gleitmittel gebildet ist, und zwar zum vordersten Ende der Kolbenstange.

BAD ORIGINAL

5. Manipulator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kippbare Hebel mit dem Z-Koordinatenantriebsmechanismus darinnen eingebaut betriebsmäßig mit dem X-Y-Koordinatenebenen~Antrietsmeehanismus assoziiert ist, und zwar über die Kombination einer Kugel am oberen Ende einer Tragwelle aufrechtstehend ir. einer Gleitplatte des X-Koordinatengeradlinigen-Antriebsmeohanismus und einer größeren Kugel fest angeordnet am untersten Ende des kippbaren Hebels, wobei die erwähnte größere Kugel mit einem Kugelaufnahmeloch ausgestattet ist, in welches die Kugel an der Tragwelle eingesetzt ist.

6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Kugel des kippbaren Hebels drehbar auf einem Gehäuse des Antriebsabschnitts in der Weise gelagert ist, daß ihre Position den in Vertikalrichtung mittels der Kombination eines Einstellrings und eines Halterings einstellbar ist.