DE650794C

DE650794C - Mikromanipulator

Info

Publication number: DE650794C
Application number: DED63795D
Authority: DE
Original assignee: HENRY DUSSUMIER DE FONBRUNE
Current assignee: HENRY DUSSUMIER DE FONBRUNE
Priority date: 1932-04-28
Filing date: 1932-06-30
Publication date: 1937-10-01
Also published as: FR754813A; US1987733A; GB418747A; BE395497A; BE388179A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikromanipulator, durch welchen die in mehreren Richtungen des Raumes verlaufenden Bewegungen einer ein Steuerglied betätigenden Hand auf einen zu steuernden Körper so übertragen werden, daß dieser eine der Handbewegung ähnliche Bewegung in verkleinertem Maßstab vollführt.

Es sind schon Mikromanipulatoren bekannt, bei denen Hebelübersetzungsgetriebe in mehr oder weniger großer Zahl dazu dienen, einen zu steuernden Körper fein einzustellen. Ein Nachteil dieser bekannten Einrichtungen besteht darin, daß in den Hebelgelenken nach einiger Zeit Spiel auftritt, durch das die genaue Einstellung des Körpers erschwert wird. Ferner ist zur Durchführung dreidimensionaler Bewegungen die Betätigung mehrerer Hebel notwendig, so daß das Arbeiten mit einem solchen Mikromanipulator, insbesondere bei komplizierten Bewegungen, wie z. B. Schriftbewegungen oder Kreisbewegungen, viel Zeit und Übung erfordert.

Bei einem anderen bekannten Mikromanipulator sind an Stelle der Hebelgetriebe Mikrometerschrauben vorgesehen, die ähnliche Schwierigkeiten wie der Hebelmanipulator mit sich bringen.

Es ist auch schon bei Mikromanipulatoren zur Übertragung einer Einstellbewegung vorgeschlagen worden, eine Flüssigkeit im Innern einer starren Leitung zu benutzen.

Die Erfindung wird den bekannten Mikromanipulatoren gegenüber darin gesehen, daß das in mehreren Richtungen des Raumes bewegliche Steuerglied auf mehrere pneumatische, hydraulische oder elektrische Fernsteuervorrichtungen einwirkt, deren Zahl der Raumkomponenten der Steuergliedbewegung entspricht und von denen jede eine bestimmte Raumkomponente durch Erzeugung einer entsprechenden Flussigkeits- oder Gasbewegung oder durch Erzeugung oder Änderung eines elektrischen Stromes überträgt. Weiterhin ist jede dieser Fernsteuervorrichtungen durch je eine unstarre Leitung für das Übertragungsmittel (Gas, Flüssigkeit oder Elektrizität) mit dem Träger des zu steuernden Körpers, z. B.! einer Nadel, verbunden, welcher durch die von den Fernsteuefvorrichtungen gleichzeitig übertragenen Bewegungsimpulse in entsprechende Bewegungen von kleinerem Ausmaß versetzt wird.

Bei Verwendungpneumatischer oder hydraulischer Fernsteuervorrichtungen wirkt das Steuerglied beispielsweise auf in gas- oder flüssigkeitsgefüllten Zylindern bewegliche Kolben ein, die eine ihrer Bewegung entsprechende Flussigkeits- oder Gasbewegung erzeugen. Durch den Druck dieser Übertragungsmittel werden zweckmäßig mehrere deformierbare Kapseln, die auf den Träger des zu steuernden Körpers einwirken, entsprechend der Größe der Steuergliedbewegung deformiert.

Bei Verwendung elektrischer Fernsteuervorrichtungen könnte das Steuerglied beispielsweise auf in einem elektrischen Feld

bewegliche Spulen oder auf verstellbare elektrische Widerstände einwirken. Die.so erzeugten Stromimpulse oder Stromänderungen können auf Anker einwirken, die mit dem Träger des zu steuernden Körpers verbunden sind. > Mit Hilfe des Mikromanipulators gemäß der Erfindung lassen sich beliebig kleine Bewegungen mit großer Genauigkeit übertragen und auch komplizierte, zusammengesetzte Bewegungen ohne jede Schwierigkeit durch-' führen. Die Unstarrheit der Übertragüngsleitungen der Fernsteuervorrichtungen hat noch den Vorteil, daß Störbewegungen, beispielsweise ungewollte Bewegungen des Trä-* gers des Steuergliedes, dem gesteuerten Organ nicht übermittelt werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. ι einen Mikromanipulator mit hydraulischen oder pneumatischen Fernsteuervorrichtungen.¹

Fig. 2 bis 4 zeigen eine zweite Ausführungsform derjenigen Einrichtungen, durch welche die Bewegung des Steuergliedes auf die Kolben der hydraulischen oder pneumatischen Fernsteuervorrichtungen übertragen werden, während die

Fig. 5 und 6 eine abgeänderte Ausführungsform der Lagerung des den zu steuernden Körper tragenden Gestells veranschaulichen. In der Zeichnung (Fig. 1) ist mit 1 ein von Hand zu betätigendes Steuerglied bezeichnet, das auf einem Gestell 2 angeordnet ist. Dieses Gestell ist vorzugsweise von dem Gestell 3, welches den zu steuernden Körper trägt, unabhängig. Damit sich das Steuerglied 1 in allen Richtungen des Raumes bewegen läßt, ist es auf einem Hebel 4 angeordnet, der auf einem Universalgelenks gelagert ist. Das Steuerglied 1 ist längs des Hebels 4 verschiebbar und hohl ausgebildet, so daß es mit leichter Reibung auf dem zylindrischen Hebel 4 gleiten kann.

Damit das mit dem Handgriff 7 versehene Steuerglied 1 allmählich längs des Hebels 4 verschoben werden kann, ist die Verschiebebewegung mit einer Drehbewegung der Teile 1 und 4 gegeneinander verbunden. Auf der Außenfläche des Hebels 4 sind Schrauben-So gänge vorgesehen, in welche ein Stift 6 eingreift, der von dem Steuerglied 1 getragen wird. Dieser Stift 6 ist zweckmäßig abnehmbar und besteht beispielsweise aus einer Schraube, die mit einer Gegenmutter 6¹ versehen ist. Die Wirkung des Gewindes läßt sich durch Zurückdrehen der Schraube aufheben, was zur Folge hat, daß das Steuerglied frei längs des Hebels 4 gleitbar ist.

Die zur Übertragung der Bewegungen des Steuergliedes auf den gesteuerten Körper dienenden Fernsteuereinrichtungen umfassen Kolben 10, die in Zylindern 9¹, c/, o.³ gleitbar sind. Die durch die Bewegung der Kolben ιό erzeugten Verlagerungen oder Druckänderungen der in den Zylindern enthaltenen .~ Flüssigkeiten oder Gase werden durch biegsame Leitungen 8¹, S², 8³ auf den Träger des zu steuernden Körpers übertragen. Die Zahl der Kolbenzylinder und Leitungen entspricht der Zahl der Raumkomponenten der Steuergliedbewegung.

Zur Übertragung der seitlichen Bewegungen des Steuergliedes 1 auf die in den Zylindern 9¹, 9^ä befindlichen Kolben 10 dienen Kurvenstücke 12¹, i_t2². Diese Kurvenstücke sind vorzugsweise einstellbar, und zwar beispielsweise mit Hilfe je einer Schraube 13. Die Kurvenstücke wirken auf Stangen 14 ein, die mit den entsprechenden Kolben 10 verbunden sind. Hierbei wird der Kontakt zwischen den Stangen und den Kurvenstücken durch Federn 15 gesichert. Der zur Übertragung der senkrechten Bewegungskomponente des Steuergliedes ι dienende Kolben, welcher in dem Zylinder g^s verschiebbar ist, ist unmittelbar mit dem Steuerglied 1 verbunden.

In den Fig. 2 bis 4 ist eine zweite Ausführungsform der Einrichtung dargestellt, mit deren Hilfe die Bewegungen des Steuergliedes ι auf die Kolben 10 übertragen werden. 9" Gemäß dieser Ausführungsform greifen Stifte 50, die auf den Kolben'stangen angeordnet sind, in die Schlitze 1-2° von gekrümmten Kulissen ein, deren Wirkungsweise und Form den Kurvenstücken gemäße Fig. 1 entspricht. Die Einstellung der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Kulissen geschieht mit Hilfe von Schrauben 52, die auf die Kulissen über Blattfedern 53 einwirken.

Die Verbindung zwischen, den in Fig. 1 dargestellten biegsamen Rohrleitungen 8¹, 8², 8³ und den zugehörigen Zylindern 10 kann mit Hilfe von Kanälen 8¹⁰, 8²⁰, 8³⁰ (Fig. 4) geschehen, die in einem Block, der die Zylinder 9¹ und 9² enthält, angeordnet sind und die in einen Schlauch 54 münden, in welchem sich die genannten biegsamen Leitungen befinden.

Die Kulissen gemäß den Fig. 2 bis 4 unterscheiden sich von den Kurvenstücken gemäß der Fig. 1 dadurch, daß sie die Kolben 10 in beiden Richtungen mit dem Steuerglied kuppeln. Durch entsprechende Wahl der Kurvenform der in Rede stehenden Kurvenstücke bzw. Kulissen läßt sich schon eine wesentliche Untersetzung zwischen den Bewegungen des Steuergliedes und denen der Kolben erzielen. Diese Untersetzung kann mit Hilfe der Schrauben 13 geregelt werden.

Eine weitere Untersetzung wird dadurch erzielt, daß die von den Kolben 10 erzeugten Bewegungen oder Druckänderungen des fms-

sigen bzw. gasförmigen Ubertragungsmittels auf deformierbare Kapseln n¹, ii², ii³ einwirken, die mit dem Träger 16 des zu steuernden Körpers in Verbindung stehen. Der Träger 16 dient beispielsweise zum Halten einer Nadel, die in der Objektebene eines Mikroskopes bewegt werden soll.

Im nachstehenden werden zwei Ausführungsformen derjenigen Einrichtung beschrieben, die mit den Kapseln n¹, ii³, ii³ ausgerüstet ist und dazu dient, die übertragenen Bewegungskomponenten zu. der in mehreren Richtungen des Raumes verlaufenden Bewegung des zu steuernden Körpers wieder zu-

sammenzusetzen. _#

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform . der letztgenannten Einrichtung sind die deformierbaren Kapseln und der zu steuernde Körper auf einem dreifußartigen Gestell 3 gelagert. Dieses Gestell trägt eine senkrechte Platte 17, auf der die Kapseln² befestigt ist. Eine zweite Platte 18 ist durch biegsame Bänder 22 mit der Platte 17 um eine senkrechte Achse schwenkbar verbunden. Die Kapsel 11² wirkt beispielsweise auf einen von der Platte 18 getragenen, in Fig. 1 nicht dargestellten, jedoch dem Arm 26 der Fig. 6 entsprechenden Arm ein, so daß diese Platte durch die Kapsel ii² in Schwenkbewegungen um die genannte senkrechte Achse versetzt werden kann. Die Platte 18 trägt ihrerseits eine Kapsel n³, die auf eine, dritte Platte 19 einwirkt. Letztere ist mit der Platte 18 durch biegsame Bänder 23 derart verbunden, daß sie gegenüber der Platte 18 Schwingbewegungen um eine waagerechte Achse vollführen kann. Die Platte 19 schließlich trägt eine Kapsel 11*, 'die den Nadelträger 16 in Richtung seiner Längsachse verschiebt. Mit Hilfe der genannten Einrichtung kann man also dem Nadelträger 16 unter der Wirkung der Deformationen der Kapseln ii¹, ii², ii³ Bewegungen in allen drei Richtungen des Raumes erteilen.

Die biegsamen Leitungen brauchen nicht unmittelbar an die Kapseln angeschlossen zu sein, sondern es können metallische Leitungen 24 zwischengeschaltet sein.

Eine zweite Ausführungsform der die deformierbaren Kapseln enthaltenden und den zu steuernden Körper tragenden Vorrichtung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Hier sind die Kapseln ii¹, n², ii³ (Fig. 6) im Innern eines Gehäuses 55 angeordnet. Das Gehäuse

55· 55 ist auf einem Gestell nach allen Richtungen verstellbar gelagert, so daß der zu steuernde Körper, beispielsweise eine Injektionsnadel, zu Beginn der Untersuchung rasch in eine Stellung gebracht werden kann, die der gewünschten Stellung annähernd entspricht. Das Gestell für das Gehäuse 55 ist mit einer Standsäule 56 versehen, die längs eines Trägers 57, verschiebbar ist. Weiterhin ist ein Bügel 58 vorgesehen, der an dem freien Ende der Säule 56 um eine vertikale Achse 59 drehbar angeordnet ist. Das Gehäuse 55 kann im Bügel um eine Achse 60, die rechtwinklig zu der Achse 59 verläuft, schwingen. Um die Teile 56, 58 und das Gehäuse 55 zu verstellen, sind Betätigungseinrichtungen, beispiels- y₀ weise gekordelte Schrauben 61, 61, 63, vorgesehen. Die Standsäule 56 kann in der Höhe mit Hilfe einer Kordelschraube 64 verstellbar sein.

Wie aus Fig. 6, die einen Horizontalschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5 darstellt, ersichtlich ist, wirkt die Kapsel n² auf einen Arm 26 ein, der an der Platte 18 befestigt ist. Die Platte 18 wird von einem deformierbaren Winkelblech 2"], dessen einer Schenkel an der Platte 18 und dessen anderer Schenkel an demjenigen Gehäuseteil, der auch die Kapsel n² trägt,, befestigt ist, getragen. Durch die Kapsel ii² wird die Platte 18 unter Deformation des Blechs 2^ um eine senkrechte Achse geschwenkt, die längs des Scheitels des Winkelblechs verläuft.

An der Platte 18 ist die Platte 19 mit Hilfe von Bändern 23 derart gelagert, daß die Platte 19 gegenüber der Platte 18 um eine horizontale Achse schwenkbar ist. Diese Schwenkbewegungen werden der Platte 19 durch die auf der Platte 18 befestigte deformierbare Kapsel ii³ erteilt. Die Platte 19 trägt ein Gestell 28, in dem der Halter 16 des zu steuernden Körpers 31 axial verschiebbar gelagert ist. Die axialen Verschiebungen des Halters 16 werden durch eine an der Platte 19 befestigte deformierbare Kapsel n¹ hervorgerufen, die auf einen Schwenkhebel 29 too einwirkt, der mit seinem einen Ende an einem Ansatz der Platte 19 um eine Achse 30 drehbar gelagert ist, während sein anderes Ende mit dem axial verschiebbaren Halter 16 in Verbindung steht.

In dem Fall, daß der zu steuernde Körper eine Injektionsnadel 31 ist, ist der Halter 16 der Nadel als hohler Leitungskörper 64 ausgebildet, der mit einem Anschlußstutzen 65 versehen ist, an dem die Leitung für die ein- no zuspritzende Flüssigkeit befestigt ist.

Wenn der Mikromanipulator zur Erzeugung von Bewegungen in dem Beobachtungsfeld eines Mikroskops benutzt wird, werden die Kapseln mit Bezug auf die Bewegungskomponenten des Steuergliedes zweckmäßigerweise derart angeordnet, daß sie die Bildumkehr, die das Mikroskop hervorruft, ausgleichen.

An die Stelle der im vorstehenden beschriebenen Kapseln konnten auch hohle Metallspiralen, elastische, gekrümmte Rohre o. dgl.

treten. Es empfiehlt sich, .die beweglichen Platten 18 und 19 aus einem Leichtmetall herzustellen.

Der Mikromanipulator gemäß der Erfindung ist für verschiedene Anwendungsgebiete brauchbar. Außer seiner Verwendung für biologische Arbeiten kommt seine Benutzung zur Retusche von Farbenphotographien in Betracht, wobei man auf das unter einem Mikroskop beobachtete Klischee sehr kleine Farbtröpfchen aufspritzt. Auch zur Retu-' schierung von Tonaufzeichnungen auf Tonfilmen kann der Mikromanipulator dienen. Weiterhin läßt sich mit ihm die Fernsteuerung* von Kondensatoren o. dgl. bei Apparaten zum Senden oder Empfangen elektrischer Wellen durchführen. Auch zur Gemischregelung bei Brennkraftmaschinen ist er brauchbar.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit besteht darin, daß mit dem Mikromanipulator ein zeigerartiger Gegenstand im Projektionsfeld eines Projektionsapparates verstellt wird. Dieser Gegenstand erscheint dann auf dem Projektionsschirm und ersetzt den bisher üblichen Zeigestock, dessen sich der Vortragende bei der Erklärung von Projektionsbildern bedient. Da im letztgenannten Fall nur zwei dimensional Bewegungen auszuführen sind, braucht der Mikromanipulator nur mit zwei Fernsteuervorrichtungen ausgerüstet zu sein.

Claims

Patentansprüche:

i. Mikromanipulator, durch welchen die in mehreren Richtungen des Raumes verlaufenden Bewegungen einer ein Steuerglied betätigenden Hand auf einen zu steuernden Körper so übertragen werden, daß dieser eine der Handbewegung ähnliche Bewegung in verkleinertem Maßstab vollführt, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Steuerglied (1) auf mehrere pneumatische, hydraulische oder elektrische Fernsteuervorrichtungen, z. B. auf in gas- oder flüssigkeitsgefüllten Zylindern bewegliche Kolben, auf in einem elektrischen Feld bewegliche Spulen oder auf Verstellbare, elektrische Widerstände einwirkt, deren Zahl der Zahl der Raumkomponenten der Steuergliedbewegung entspricht und von denen jede eine bestimmte Raumkomponente durch Erzeugung einer entsprechenden Flüssigkeits- oder Gasbewegung oder durch Erzeugung oder Änderung eines elektrischen Stromes überträgt, und daß" jede Fernsteuervorrichtung durch je eine unstarre Leitung für das Übertragungsmittel (Gas, Flüssigkeit oder Elektrizität) mit dem Träger des zu steuernden Körpers, z. B. einer Nadel, verbunden ist, welcher durch die von den Fernsteuervorrichtungen gleichzeitig übertragenen Bewegungsimpulse in entsprechende Bewegungen von kleinerem Ausmaß versetzt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des zu steuernden Körpers bei Verwendung eines Gases oder einer Flüssigkeit als Übertragungsmittel unter der Wirkung mehrerer deformierbarer Kapseln (11) steht, deren Anzahl der der Raumkomponenten der Steuergliedbewegung entspricht und die durch den Druck der Übertragungsmittel entsprechend der Größe der Steuergliedbewegungen deformiert werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Kapseln (11²) auf eine .um eine vertikale Achse bewegliche Platte (18) einwirkt, während eine zweite Kapsel (ii³), die auf der genannten Platte (18) angeordnet ist, auf eine zweite Platte (19) einwirkt, die an der ersten Platte um eine horizontale Achse beweglich angelenkt ist und den zu steuernden Körper, z.B. eine Nadel, trägt, und daß außerdem eine dritte Kapsel (ii¹)-auf der zweiten Platte (19) so angeordnet ist, daß sie die Nadel in Längsrichtung verschiebt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (i) auf einem in einem Kardangelenk (5) gelagerten Hebel (4) längs dessen Achse verschiebbar angeordnet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehwenkbewegungen des das Steuerglied (1) tragenden Hebels (4) mittels Kurvenstücke (12¹, 12²) auf die Kolben (10) zweier Zylinder (9¹, 9²) übertragen werden, während zur Übertragung der Gleitbewegung des Steuergliedes (1) längs des Hebels (4) ersteres mit einem Kolben (10) verbunden ist, der sich in einem im Inneren des Hebels (4) angeordneten Zylinder (9³) verschieben läßt.
6. Einrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenstücke (12¹, 12²) z. B. mittels Schrauben (13) zum Regeln des Untersetzungsverhältnisses zwischen den Bewegungen des Steuergliedes (1) und denen des gesteuerten Körpers einstellbar sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen