專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作目標(biāo)物的機(jī)械手，特別涉及用于握持并移動(dòng)細(xì)胞、微小金屬制品等目標(biāo)物，或?qū)@些微小物體進(jìn)行姿態(tài)控制和各種操作或組裝的機(jī)械手。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的操作微細(xì)物體的代表機(jī)械手，為圖16所示的結(jié)構(gòu)(參照特開(kāi)平6-90770號(hào)公報(bào))。這里，100為裝備了可移動(dòng)的式樣臺(tái)101的倒置顯微鏡，借此，對(duì)器皿102內(nèi)的細(xì)胞等操作目標(biāo)物及操作手103和104的前端進(jìn)行觀察。由玻璃等材料制成的微型機(jī)械手103和104安裝在裝有三根傳動(dòng)裝置的支架105和106上。在兩個(gè)機(jī)械手103、104中，機(jī)械手103用于保持目標(biāo)物，機(jī)械手104用于控制目標(biāo)物的姿態(tài)，或?qū)δ繕?biāo)物進(jìn)行除核、核移植等操作。
圖17為表示對(duì)這樣的細(xì)胞進(jìn)行操作時(shí)的放大圖。表示了為了從具有細(xì)胞核108的細(xì)胞107進(jìn)行除核，用操作機(jī)械手104對(duì)細(xì)胞108進(jìn)行穿孔作業(yè)。機(jī)械手103和104為中空的玻璃細(xì)管(毛細(xì)管)，機(jī)械手103的前端較為圓滑適于握持且前端不損傷目標(biāo)物。機(jī)械手104的前端適當(dāng)?shù)丶怃J一些用以進(jìn)行細(xì)致操作。例如從細(xì)胞中進(jìn)行除核操作時(shí)，如圖18A所示用操作機(jī)械手104擦著細(xì)胞107的同時(shí)使其轉(zhuǎn)動(dòng)從而進(jìn)行姿態(tài)控制。通常，由于細(xì)胞核108偏置，所以核108位于保持用機(jī)械手103相向位置上(參照?qǐng)D18B)。這時(shí)，保持用機(jī)械手103的吸入力，可以在操作機(jī)械手104移動(dòng)的同時(shí)適當(dāng)?shù)卦鰷p。而且，在脫離細(xì)胞107的時(shí)候使保持用機(jī)械手103的細(xì)管內(nèi)部為正壓。
圖19為表示現(xiàn)有的其它機(jī)械手的圖(參照特開(kāi)平9-201783號(hào)公報(bào))。這里，110為與操作目標(biāo)物的接觸部，109為加熱器。在與目標(biāo)物的接觸面上形成了凹凸111和112，用于減小握持目標(biāo)物時(shí)的相互作用力。即，通過(guò)減小與目標(biāo)物的接觸面積，減小了范德瓦爾斯力與表面張力的相互作用力。另外，在接觸部110的附近配置了加熱器109，通過(guò)對(duì)其加熱使凹部112的壓力與周?chē)煌?，可以?shí)現(xiàn)目標(biāo)物的吸附和脫離。
但是，對(duì)于圖16至圖18B的各種機(jī)械手的情況，由于主體為玻璃制成，柔軟性不好且作業(yè)端的自由度幾乎沒(méi)有，所以進(jìn)行細(xì)致作業(yè)時(shí)的作業(yè)性明顯劣化。另外，通常這類(lèi)作業(yè)在顯微鏡下進(jìn)行，但是其視野與放大倍率成反比而變窄，難于進(jìn)行作業(yè)。例如，當(dāng)如圖18A和18B那樣，對(duì)細(xì)胞107進(jìn)行姿態(tài)控制時(shí)，由于遙控操作機(jī)械手104，且只能做向上擦那樣的單純的動(dòng)作，所以為了進(jìn)行正確且迅速的作業(yè)需要高難度的訓(xùn)練才能得到的熟練。另外，轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)必須對(duì)保持側(cè)的機(jī)械手103的吸入力進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲摬僮髦?，還經(jīng)常發(fā)生目標(biāo)物107錯(cuò)位的事故。另外，在微小目標(biāo)物中，相對(duì)于重力和慣性力等體力，范德瓦爾斯力、表面張力的面力相對(duì)增大，目標(biāo)物附著在操作機(jī)械手上也有可能就取不下來(lái)。
圖19的例子是針對(duì)這些問(wèn)題的處理辦法，只利用壓力變化力量較小不夠充分。而且，為了進(jìn)行象姿勢(shì)控制那樣的細(xì)致操作，由于機(jī)械手自身需要較大的運(yùn)動(dòng)，在狹窄的視野下進(jìn)行作業(yè)變得很困難。同理，也不能在牢固地握持目標(biāo)物的狀態(tài)下進(jìn)行姿態(tài)控制的操作。另外，有時(shí)也不能忽視接觸部110直接與目標(biāo)物接觸的影響。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述，本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)械手，所述機(jī)械手具有在確實(shí)握持微小目標(biāo)物的狀態(tài)下能夠容易地進(jìn)行姿態(tài)控制等細(xì)致作業(yè)的構(gòu)成。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的機(jī)械手的特點(diǎn)為在與操作目標(biāo)物的接觸部上，具有連通由流體控制機(jī)構(gòu)控制壓力的壓力室的開(kāi)口，利用該流體控制機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制經(jīng)由上述開(kāi)口的流體的出入，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行操作。
在這種構(gòu)成中，由于通過(guò)流體控制機(jī)構(gòu)控制經(jīng)由開(kāi)口的流體的出入而進(jìn)行目標(biāo)物的操作，所以即使對(duì)于細(xì)小的目標(biāo)物，也可以在確實(shí)握持的狀態(tài)下容易地進(jìn)行姿態(tài)控制等細(xì)致的作業(yè)。開(kāi)口和壓力室的流體控制機(jī)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以有多種，配置數(shù)個(gè)由至少1個(gè)開(kāi)口組成的開(kāi)口組，數(shù)組開(kāi)口利用流體控制機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立地控制其流體的出入，各組的開(kāi)口與至少一個(gè)壓力室相連通，或各個(gè)開(kāi)口與各個(gè)壓力室連通。為了對(duì)應(yīng)于目標(biāo)物的操作形式而柔軟地控制經(jīng)由開(kāi)口的流體的出入，開(kāi)口的斷面積和壓力室的斷面積相比最好足夠小。
基于上述基本構(gòu)成可能有以下具體形式。
例如，在與操作目標(biāo)物接觸的上述接觸部上，具有能夠通過(guò)上述流體控制機(jī)構(gòu)獨(dú)立控制流體的出入的數(shù)個(gè)上述開(kāi)口，可以構(gòu)成上述流體控制機(jī)構(gòu)，使流體從位于要移動(dòng)目標(biāo)物方向相反側(cè)的上述開(kāi)口噴出，或從位于要移動(dòng)目標(biāo)物方向同側(cè)的上述開(kāi)口吸入，或以便兼有上述兩者使目標(biāo)物向著所希望的方向移動(dòng)。(下述圖3A及圖3B表示其一例。)另外，通過(guò)在互相相向的位置上具有數(shù)個(gè)上述接觸部而可夾持目標(biāo)物的夾鉗式機(jī)械手，在各個(gè)上述接觸部上也可以配置利用上述流體控制機(jī)構(gòu)控制流體出入的上述開(kāi)口。(下述圖10表示其一例。)而且，具有通過(guò)嵌合于目標(biāo)物而備有可夾持的溝槽的上述接觸部，在上述接觸部上也可以配備利用上述流體控制機(jī)構(gòu)控制流體出入的上述開(kāi)口。(下述圖13表示其一例。)在這種構(gòu)成中，也可以構(gòu)成如下的上述流體控制機(jī)構(gòu)，即經(jīng)由上述開(kāi)口，流體從偏離于目標(biāo)物重心的位置噴出、吸入或進(jìn)行兩個(gè)動(dòng)作，產(chǎn)生力偶來(lái)進(jìn)行目標(biāo)物的姿態(tài)控制。(下述圖11A至圖11C表示其一例。)另外，還可以構(gòu)成如下的上述流體控制機(jī)構(gòu)，即流體從和位于與運(yùn)送目標(biāo)物方向相反側(cè)的相向的兩側(cè)的上述開(kāi)口噴出，或流體從和位于與運(yùn)送目標(biāo)物方向同側(cè)的相向的兩側(cè)的上述開(kāi)口吸入，或兩方面并用以實(shí)現(xiàn)運(yùn)送目標(biāo)物的動(dòng)作。(下述圖12A表示其一例。)而且，還可以構(gòu)成如下的上述流體控制機(jī)構(gòu)，即使經(jīng)由與運(yùn)送目標(biāo)物方向同側(cè)和相反側(cè)的上述開(kāi)口的流體流速的數(shù)值不同地進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)送目標(biāo)物的動(dòng)作。(下述圖12B表示其一例。)另外，上述壓力室也可以同單體的流體滯留室和運(yùn)送裝置相連接。
這時(shí)，用流路閥隔開(kāi)介質(zhì)滯留室和壓力室，相對(duì)于從壓力室向介質(zhì)滯留室的流體的流動(dòng)可產(chǎn)生流路阻力。(下述圖9表示其一例。)另外，上述流體控制機(jī)構(gòu)最好具有例如面向壓力室的抵抗體、珀耳貼元件、作為這兩個(gè)等的溫度控制機(jī)構(gòu)，該溫度控制機(jī)構(gòu)由壓電元件、形狀記憶合金、光驅(qū)動(dòng)元件、電磁驅(qū)動(dòng)元件等可通過(guò)外部來(lái)控制機(jī)械變形的元件構(gòu)成，最好可使上述壓力室(例如，小室)變形。(下述圖8A至圖8C表示其一例。)另外，上述流體控制機(jī)構(gòu)和其驅(qū)動(dòng)電路、上述壓力室(例如，小室)、上述開(kāi)口也可以整體都由同一種材料形成，做成模塊形式。(下述圖7表示其一例。)另外，對(duì)于上述流體控制機(jī)構(gòu)，流體可以經(jīng)由上述開(kāi)口急速?lài)姵鼍徛?，或緩慢噴出急速吸入。流體為如生理鹽水、油脂等介質(zhì)，當(dāng)操作目標(biāo)物為細(xì)胞等活體組織時(shí)為生理鹽水，當(dāng)操作目標(biāo)物為金屬部件時(shí)為油脂。
結(jié)合附圖的下述說(shuō)明將使本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，其中所有圖中相同或相似的部件使用類(lèi)似的標(biāo)識(shí)符號(hào)。


圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的機(jī)械手的斷面圖。
圖2是表示第一實(shí)施例的機(jī)械手的主視圖。
圖3A和圖3B是表示使用第一實(shí)施例的機(jī)械手的微小物體操作方法的圖。
圖4A至圖4C是表示第一實(shí)施例的流體控制機(jī)構(gòu)的構(gòu)成例的圖。
圖5A至圖5C是表示第一實(shí)施例的流體控制機(jī)構(gòu)的其它構(gòu)成的圖。
圖6是表示第一實(shí)施例的流體控制機(jī)構(gòu)的流量控制的構(gòu)成例的圖。
圖7是表示將第一實(shí)施例的流體控制機(jī)構(gòu)等集成化了的構(gòu)成例的圖。
圖8A至8C是表示使用通過(guò)第一實(shí)施例的流體控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械變形的構(gòu)成例的圖。
圖9是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的機(jī)械手的斷面圖。
圖10是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例的機(jī)械手的斷面圖。
圖11A至11C是利用第三實(shí)施例的機(jī)械手對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行姿態(tài)控制的操作方法說(shuō)明圖。
圖12A和12B是利用第三實(shí)施例的機(jī)械手對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行運(yùn)送操作的操作方法說(shuō)明圖。
圖13是表示本發(fā)明的第四實(shí)施例的機(jī)械手的斷面圖。
圖14是表示本發(fā)明的第五實(shí)施例的帶手的機(jī)器人手臂的圖。
圖15是表示第五實(shí)施例的機(jī)器人手的其它構(gòu)成例的圖。
圖16是表示現(xiàn)有的一般的微機(jī)械手裝置的圖。
圖17是表示現(xiàn)有的裝置中的除核操作的放大圖。
圖18A和18B是表示現(xiàn)有的裝置中的除核作業(yè)的準(zhǔn)備動(dòng)作的圖。
圖19是表示其它現(xiàn)有例的機(jī)械手接觸部的圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
(第1實(shí)施方式)圖1表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的機(jī)械手的斷面圖。在圖1中，1是由玻璃等為基材制成的棒材。2a至2e為電熱轉(zhuǎn)換元件(加熱器)，使用開(kāi)關(guān)等機(jī)構(gòu)可以通過(guò)電線5獨(dú)立加熱。3a至3e為壓力室(小室)，平時(shí)充滿了和使細(xì)胞等目標(biāo)物靜置的介質(zhì)(例如生理鹽水)相同的液體。操作時(shí)，由面向壓力室3的加熱器2a至2e具有加大熱膨脹了的液體的壓力的效果。另外，4a至4e是與壓力室3a至3e相連接的開(kāi)口，配置于與操作目標(biāo)物的接觸部上。另外，流體(介質(zhì))從開(kāi)口4a至4e出入，從而進(jìn)行對(duì)目標(biāo)物的握持、姿勢(shì)控制等操作。將開(kāi)口4的斷面面積設(shè)定得比壓力室3的斷面面積充分小。圖1的斷面圖中描述了一維的情況，實(shí)際上開(kāi)口4a至4e，也可以如圖2(主視圖)所示，根據(jù)作為目標(biāo)的目標(biāo)物和操作以適當(dāng)?shù)臉邮蕉S配置。這時(shí)，加熱器2及壓力室3a至3e也與開(kāi)口4a至4e相對(duì)應(yīng)配置。在圖2的例子中，開(kāi)口4a至4e的各列以錯(cuò)開(kāi)半間距的方式配置，仿真提高圖像分辨率。加熱器2a至2e各個(gè)并不獨(dú)立，分成數(shù)個(gè)組，每組也可以獨(dú)立地進(jìn)行控制。另外，也可以改變獨(dú)立控制組的分配方法。另外，記號(hào)2a至2e等是為了說(shuō)明方便而起的名字，并不限定其數(shù)目。
說(shuō)明圖2的機(jī)械手的動(dòng)作例。圖3A及圖3B(上部表示上面，下部表示斷面)為說(shuō)明將用機(jī)械手抓著的目標(biāo)物13進(jìn)行移動(dòng)操作的圖。如圖3A所示握持細(xì)胞等目標(biāo)物13。這時(shí)的握持力，在目標(biāo)物較為微小的情況下，液橋力那樣的表面力占優(yōu)。而且，也可以適當(dāng)利用來(lái)自開(kāi)口4的吸入力?，F(xiàn)在，在圖3A及圖3B中如果欲由右向左移動(dòng)目標(biāo)物13，則從開(kāi)口群11放出流體，然后由開(kāi)口群12吸入流體。這時(shí)作用于目標(biāo)物13的合力成為向機(jī)械手前端方向運(yùn)送的力。因此，如圖3B所示，目標(biāo)物13可被運(yùn)送到機(jī)械手的頂端。即，利用流體的控制，可使目標(biāo)物滑動(dòng)或滾動(dòng)地移動(dòng)。依次調(diào)換流體控制的開(kāi)口群，可以移動(dòng)比較長(zhǎng)的距離。另外，通過(guò)分別控制向各加熱器2的供電方式，可分別控制各個(gè)開(kāi)口4的流量，實(shí)現(xiàn)細(xì)致的控制。
另外，在圖1的構(gòu)成中，噴出和吸入后如果不使壓力室3的壓力與外部相同，則不能移到下一個(gè)動(dòng)作。這時(shí)，用于操作目標(biāo)物13的動(dòng)作快速進(jìn)行，壓力回復(fù)動(dòng)作因自然冷卻等緩慢進(jìn)行，只有進(jìn)行了急速動(dòng)作時(shí)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物13的操作。
下面對(duì)流體控制機(jī)構(gòu)2的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖4A至圖4C表示流體控制機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子。在這里，14為開(kāi)關(guān)，15為直流電源，從圖4A的狀態(tài)到圖4B的狀態(tài)，當(dāng)關(guān)閉開(kāi)關(guān)14時(shí)加熱器2通電而加熱加熱器。這時(shí)由壓力室3內(nèi)的介質(zhì)的熱膨脹，使壓力室3的內(nèi)壓增高，由開(kāi)口4靠根據(jù)加熱器的加熱程度的力量壓出介質(zhì)。之后，如圖4C所示，如果將開(kāi)關(guān)14打開(kāi)而停止通電，則壓力室2內(nèi)的溫度下降，內(nèi)壓降低，所以吸入介質(zhì)。
圖5A至圖5C表示相同的構(gòu)成但使用別的原理的流體控制方法。這種場(chǎng)合下，增大加熱器2的發(fā)熱量，從圖5C的狀態(tài)向圖5B的狀態(tài)由急速加熱令介質(zhì)液體沸騰而產(chǎn)生氣泡16。這時(shí)壓力室3的內(nèi)壓急速增高而將介質(zhì)壓出到外部。而且，與圖4A至圖4C的情況相同，如果停止通電，則壓力室3冷卻介質(zhì)被吸入。該例與圖4A至圖4C的情況相比，具有流體壓出力量大的特點(diǎn)。
在圖4A至圖4C以及圖5A至圖5C中，單純地利用開(kāi)關(guān)14的開(kāi)/關(guān)(on/off)來(lái)供電和停止供電，也可以圖6所示采用pwm電路10及電力控制電路17等控制加熱器2的電力。這樣可以對(duì)通過(guò)開(kāi)口4的介質(zhì)流量和流速進(jìn)行更精細(xì)地控制。
另外，圖4A到圖6表示采用加熱器2的例子，也可以采用珀?duì)栙N元件那樣的冷卻元件。這種情況下，通電時(shí)的動(dòng)作與圖4A至圖4C的情況相反(通電時(shí)吸入)。另外，也可以如圖7那樣使用硅等半導(dǎo)體材料，并在同一材料上制作加熱器和珀?duì)栙N元件等的溫度控制機(jī)構(gòu)20、壓力室3、開(kāi)口4、pwm電路等電路19以及電器端子18。將這個(gè)模塊連接到任意的機(jī)械手的頂端等并將其固定，可以簡(jiǎn)單地構(gòu)成能動(dòng)的機(jī)械手。
圖8A至圖8C表示第1實(shí)施例的流體控制機(jī)構(gòu)的另外一種構(gòu)成。在這里，21為壓電元件，22為壓電元件驅(qū)動(dòng)電源。壓電元件21與壓力室3成為一體，如加上電場(chǎng)，則壓電元件21變形從而壓力室3發(fā)生變形。例如，如果壓電元件21從圖8A的狀態(tài)彎曲到圖8B的狀態(tài)，則流體經(jīng)由開(kāi)口4被壓出，如果如圖8C所示地彎曲，則可以吸入流體。這樣使壓力室3變形體積發(fā)生變化，從而可以控制流體。另外圖8A至圖8C表示在頂板上配置了壓電元件21的一個(gè)例子，如果配置于側(cè)面等而可以使壓力室3變形則也可以得到相同的效果。另外，作為驅(qū)動(dòng)源表示了壓電元件21，也可以使用形狀記憶合金、光-機(jī)械變形轉(zhuǎn)換元件、具有電磁力的傳動(dòng)裝置等，只要是能控制壓力室3的機(jī)械變形的元件即可。
在以上說(shuō)明的圖1等中，開(kāi)口4形成于操作手的單側(cè)面，但并不限定開(kāi)口的形成位置。所有的側(cè)面可以都有開(kāi)口。另外，與操作目標(biāo)物的接觸面如果是機(jī)械手的前端則可以將開(kāi)口4設(shè)置于前端，也可以在側(cè)面、前端都設(shè)置開(kāi)口4。另外，上面說(shuō)明了處理細(xì)胞等活體的例子，在處理金屬等目標(biāo)物的情況下，作為介質(zhì)的流體可以為油脂類(lèi)。另外，流體(介質(zhì))也可以不采用液體而采用氣體。
(第2實(shí)施方式)圖9為表示機(jī)械手的第2實(shí)施例的斷面圖。在這里，23為由玻璃等基材制成的棒材，其為中空，與未圖示的操作液的儲(chǔ)存容器相連。棒材23的中空導(dǎo)液管24裝滿操作液。另外，9a至9c為電熱轉(zhuǎn)換元件(加熱器)，可由電線5獨(dú)立加熱。6a至6c為壓力室，通常充滿了由導(dǎo)液管24中導(dǎo)入的液體。在該壓力室6a至6c和導(dǎo)液管24間設(shè)置了流入閥8a至8c，防止從壓力室6a至6c向?qū)б汗?4的逆流，操作時(shí)具有增大由加熱器9a至9c加熱膨脹了的液體的壓力的效果。另外，7a至7c為開(kāi)口，配置于與目標(biāo)物的接觸部，根據(jù)從那里的介質(zhì)的出入進(jìn)行對(duì)目標(biāo)物的握持、姿態(tài)控制等操作。在這里同樣，記號(hào)6a至6c，7a至7c，8a至8c，9a至9c等是為說(shuō)明方便所起的名字，并不限定其數(shù)量。實(shí)際上如圖2中所示，具有必要個(gè)數(shù)的開(kāi)口等的組。
第2實(shí)施例與第1實(shí)施例比較，具有操作液體的介質(zhì)和目標(biāo)物的保存液體可以不同的優(yōu)點(diǎn)。另外，在第1實(shí)施例中，在使用其它機(jī)構(gòu)時(shí)，氣泡如果不能從開(kāi)口出來(lái)則壓力有可能不能很好地被傳遞，在第2實(shí)施例中由于可從操作液的儲(chǔ)存容器注入操作液，所以壓力室6內(nèi)部的氣泡可以出來(lái)。另外，動(dòng)作后的壓力室6內(nèi)的壓力的回復(fù)動(dòng)作也可從儲(chǔ)存容器側(cè)供給操作液而進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的高速化。
圖9為前端具有開(kāi)口7的構(gòu)成，但并不限于此。即，如第1實(shí)施例那樣，在棒材的側(cè)面具有開(kāi)口的構(gòu)成也可同樣，對(duì)于加熱器9a至9c的配置，在圖9中，雖然配置于壓力室7的側(cè)面，并不局限于此。只要能控制壓力室7a至7c的溫度，配置在何處都可以。另外，如果能從壓力室向開(kāi)口7施加適當(dāng)?shù)乃蛪?，則可以省略流入閥8a至8c。
(第3實(shí)施方式)圖10為表示機(jī)械手的第3實(shí)施例的構(gòu)成圖。在該實(shí)施例中，為配備有兩個(gè)如第1實(shí)施例那樣的機(jī)械手27和28的夾鉗的構(gòu)成。兩個(gè)機(jī)械手27和28在與細(xì)胞等目標(biāo)物13的接觸部上具有多個(gè)以溫度控制機(jī)構(gòu)29、壓力室25和開(kāi)口26為一組的組，它們可以通過(guò)電線5進(jìn)行控制。30為傳動(dòng)裝置，用來(lái)進(jìn)行機(jī)械手27和28的驅(qū)動(dòng)。可將機(jī)械手27和28沿圖10的上下方向開(kāi)合，沿圖10的左右方向相對(duì)錯(cuò)開(kāi)。
在本實(shí)施例中，特別地，由于在牢固地握持住目標(biāo)物13的狀態(tài)下，可以對(duì)目標(biāo)物13的姿態(tài)進(jìn)行控制，所以說(shuō)明其動(dòng)作。在現(xiàn)有的機(jī)械手中，這樣的操作如圖18A及18B所示，將目標(biāo)物向上擦地進(jìn)行。另外，為了進(jìn)行姿態(tài)控制那樣的細(xì)致操作，需要減小操作機(jī)械手的接觸面積，即使其尖銳。因此，因?yàn)榭赡軗p傷目標(biāo)物所以有必要進(jìn)行細(xì)致操作。而且，這時(shí)吸入用的吸管的吸力必須與操作機(jī)械手的動(dòng)作連動(dòng)，同時(shí)加減，這就需要熟練的作業(yè)。
圖11A至圖11C為用第3實(shí)施例的夾鉗對(duì)細(xì)胞等的目標(biāo)物13進(jìn)行姿態(tài)控制時(shí)的動(dòng)作的說(shuō)明圖。這里，32和33為具有多個(gè)以溫度控制機(jī)構(gòu)、壓力室以及開(kāi)口為一組的組的操作部(接觸部)的示意圖。在圖11A至圖11C中，箭頭表示從開(kāi)口流出的流體的流動(dòng)，長(zhǎng)度表示流速的大小。操作部32中，流體只向圖中的目標(biāo)物13的重心的左側(cè)噴出，操作部33相反，流體只向目標(biāo)物13的重心的右側(cè)噴出。由以上的操作在對(duì)象13的重心周?chē)a(chǎn)生力偶，如圖11A至圖11C所示，目標(biāo)物13逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。另外，如果流體從盡量遠(yuǎn)離目標(biāo)物的重心的位置的開(kāi)口噴出，或如圖11A至圖11C所示，隨著偏離重心而增大流速，則可以得到更大的旋轉(zhuǎn)力。因?yàn)槲⑿∥飸T性較小且有惰性所以不會(huì)越出，比較容易確定位置。另外，在圖11A至圖11C中說(shuō)明了噴出流體的情況，但是也可以使用流體的吸入。這時(shí)，可從在圖11A至圖11C中沒(méi)有使用的與噴出開(kāi)口相向側(cè)的噴出開(kāi)口吸入流體。
用這樣的方法，對(duì)目標(biāo)物13的姿態(tài)進(jìn)行控制的情況下，與使用尖銳的操作針進(jìn)行操作的圖18A及圖18B中顯示的現(xiàn)有的方法相比，損傷目標(biāo)物的危險(xiǎn)性降低，比較安全。另外，由于在用2個(gè)操作手27和28確實(shí)保持的狀態(tài)下，可以對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行操作，所以可以更確實(shí)地進(jìn)行操作。
圖12A及圖12B為表示運(yùn)送握持著的目標(biāo)物13的動(dòng)作例的圖。在圖12A中，介質(zhì)從位于目標(biāo)物13后方的相向開(kāi)口噴出，將目標(biāo)物向前方運(yùn)送。在這里，利用了如箭頭所示從兩側(cè)壓出的流體相遇，在其前方形成了將目標(biāo)物13向前壓出的流的原理。在圖12B中，在目標(biāo)物13的前方和后方產(chǎn)生了流速不同的流。在這里，由伯努力定理利用流速快則壓力小的原理，在前方產(chǎn)生負(fù)壓從而將目標(biāo)物13運(yùn)送到前方。
以上的本實(shí)施例的機(jī)械手，也可以如第2實(shí)施例，為配備有操作介質(zhì)的儲(chǔ)存容器，運(yùn)送操作介質(zhì)的構(gòu)成。另外，在第3實(shí)施例中，也可以通過(guò)用傳動(dòng)裝置30驅(qū)動(dòng)2個(gè)機(jī)械手27和28，進(jìn)行與現(xiàn)有的機(jī)械手相同的動(dòng)作及其組合。例如，也可以使用流體控制機(jī)構(gòu)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行姿態(tài)控制，固定現(xiàn)有的方法的1個(gè)機(jī)械手，而使用另一個(gè)機(jī)械手的并進(jìn)運(yùn)動(dòng)將目標(biāo)物向前方壓出。
(第4實(shí)施方式)圖13表示第4實(shí)施例的機(jī)械手的前端部。34為玻璃等制成的細(xì)棒。棒材34的前端設(shè)置了與目標(biāo)物13大小相對(duì)應(yīng)握持用的凹部36。在凹部36的內(nèi)側(cè)，排列著多個(gè)由流體控制機(jī)構(gòu)、壓力室和開(kāi)口組成一組的組35?？梢允沽黧w控制機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與第1實(shí)施例中所示的幾個(gè)例子同樣。
關(guān)于操作方法，與第3實(shí)施例相同，使用相向的流體控制機(jī)構(gòu)、壓力室以及開(kāi)口為一組的組35，可以進(jìn)行對(duì)目標(biāo)物13的姿態(tài)控制及運(yùn)送。當(dāng)握持微小目標(biāo)物13時(shí)，如果將目標(biāo)物嵌合在凹部36上，則可以利用表面間作用力握持。另外，若以流體控制機(jī)構(gòu)，壓力室以及開(kāi)口為一組的組35適當(dāng)?shù)匚?，可以較可靠地握持。進(jìn)而，也可以如第2實(shí)施例那樣配備操作介質(zhì)儲(chǔ)存容器，來(lái)運(yùn)送操作介質(zhì)。如以上所示，可在本實(shí)施例中握持微小物，從而進(jìn)行姿態(tài)控制的基本操作。另外還具有構(gòu)成比較簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
(第5實(shí)施方式)圖14表示第5實(shí)施例的裝有機(jī)械手的機(jī)器人手臂的圖。在這里，37、38、39為第1、2實(shí)施例中所示的機(jī)械手，40、41、42、44為可彎曲的關(guān)節(jié)，43為將臂的長(zhǎng)軸作為旋轉(zhuǎn)軸的可旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，45表示機(jī)器人手臂的回轉(zhuǎn)臺(tái)。
目前的一般組裝機(jī)器人，主流是在43至45那樣的機(jī)器人手臂的前端部裝有用于吸入目標(biāo)物的吸入器的機(jī)器人。在那樣的機(jī)器人中，握持部件，在其它場(chǎng)所進(jìn)行組裝操作。但是，這樣的機(jī)器人，由于不能對(duì)部件實(shí)施大范圍姿態(tài)控制，所以必須事先將部件整齊地排列在托板等上，這樣增加了多余的工序從而導(dǎo)致成本的增加。在本實(shí)施例的具有手的機(jī)械人手臂中，握持住部件的同時(shí)，操作者可以實(shí)施和手動(dòng)操作同樣的姿態(tài)控制動(dòng)作，可省略整齊排列于托板上的多余操作。
另外，在圖14中雖然描述了3個(gè)前端的機(jī)械手，但并不限定個(gè)數(shù)。1個(gè)以上就可以。通常，在多指機(jī)械指中，如果有3個(gè)就可以牢固握持3維物體。另外，為了保持牢固握持狀態(tài)的同時(shí)用指部進(jìn)行手動(dòng)操作有4個(gè)即可。在本實(shí)施例中，用3個(gè)就可以牢固地握持著進(jìn)行手動(dòng)操作。另外，對(duì)于臂部并不限于圖14所示的多關(guān)節(jié)機(jī)器人。例如，也可采用撿拾和放置中經(jīng)常使用的圖15所示的標(biāo)量型構(gòu)成。在這里，將本發(fā)明的機(jī)械手搭載在機(jī)械手部46上。
如上所述，如果采用本發(fā)明適當(dāng)?shù)膶?shí)施方式的機(jī)械手，則不論較大的目標(biāo)物還是細(xì)微的目標(biāo)物，都可以在確實(shí)地把持目標(biāo)物的狀態(tài)下，容易地進(jìn)行姿態(tài)控制等細(xì)致操作。
由于不脫離本發(fā)明的精神和范圍，可以產(chǎn)生許多明顯不同的實(shí)施例，因此，可以理解，本發(fā)明并不限于權(quán)利要求書(shū)中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械手，其特征在于，在與操作目標(biāo)物的接觸部上，具有與通過(guò)流體控制機(jī)構(gòu)控制壓力的壓力室相連通的開(kāi)口，由該流體控制機(jī)構(gòu)，控制經(jīng)由上述開(kāi)口的流體出入，從而對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行操作。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手，其特征在于，如下所述地構(gòu)成上述流體控制機(jī)構(gòu)，即在與操作目標(biāo)物的上述接觸部上，具有利用上述流體控制機(jī)構(gòu)對(duì)流體的出入可以進(jìn)行獨(dú)立控制的數(shù)個(gè)上述開(kāi)口，從位于要移動(dòng)目標(biāo)物方向的相反側(cè)的上述開(kāi)口噴出流體，或從位于要移動(dòng)目標(biāo)物方向的同側(cè)的上述開(kāi)口吸入流體，或兩方式并用，從而可將目標(biāo)物向期望的方向上移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手，其特征在于，該機(jī)械手為通過(guò)在互相相向的位置上具有數(shù)個(gè)上述接觸部而可夾持目標(biāo)物的夾鉗型機(jī)械手，在各個(gè)上述接觸部上配置了利用上述流體控制機(jī)構(gòu)控制流體出入的上述開(kāi)口。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手，其特征在于，配備了具有因與目標(biāo)物嵌合而可夾持的溝槽的上述接觸部，在上述接觸部上備有利用上述流體控制機(jī)構(gòu)控制流體出入的上述開(kāi)口。
5.如權(quán)利要求3所述的機(jī)械手，其特征在于，如下所述地構(gòu)成上述流體控制機(jī)構(gòu)，即經(jīng)由上述開(kāi)口，從偏離目標(biāo)物重心的位置噴出或吸入流體，或兩個(gè)方面都進(jìn)行，產(chǎn)生力偶對(duì)目標(biāo)物的姿態(tài)進(jìn)行控制。
6.如權(quán)利要求4所述的機(jī)械手，其特征在于，如下所述地構(gòu)成流體控制機(jī)構(gòu)，即經(jīng)由上述開(kāi)口，從偏離目標(biāo)物重心的位置噴出或吸入流體，或兩個(gè)方面都進(jìn)行，產(chǎn)生力偶對(duì)目標(biāo)物的姿態(tài)進(jìn)行控制。
7.如權(quán)利要求3所述的機(jī)械手，其特征在于，如下所述地構(gòu)成上述流體控制機(jī)構(gòu)，即流體從和位于目標(biāo)物運(yùn)送方向的相反側(cè)的相向的兩側(cè)的上述開(kāi)口噴出，或流體從位于目標(biāo)物運(yùn)送方向同側(cè)相向的兩側(cè)的上述開(kāi)口吸入，或兩方面并用，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)送目標(biāo)物的動(dòng)作。
8.如權(quán)利要求4所述的機(jī)械手，其特征在于，如下所述地構(gòu)成上述流體控制機(jī)構(gòu)，即流體從和位于目標(biāo)物運(yùn)送方向的相反側(cè)的相向的兩側(cè)的上述開(kāi)口噴出，或流體從位于目標(biāo)物運(yùn)送方向同側(cè)對(duì)向的兩側(cè)的上述開(kāi)口吸入，或兩方面并用，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)送目標(biāo)物的動(dòng)作。
9.如權(quán)利要求3所述的機(jī)械手，其特征在于，如下所述地構(gòu)成上述流體控制機(jī)構(gòu)，即控制通過(guò)與運(yùn)送目標(biāo)物方向同側(cè)和相反側(cè)的上述開(kāi)口的流體流速達(dá)到不同數(shù)值，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)送目標(biāo)物的動(dòng)作。
10.如權(quán)利要求4所述的機(jī)械手，其特征在于，如下所述地構(gòu)成上述流體控制機(jī)構(gòu)，即，使經(jīng)由同運(yùn)送目標(biāo)物方向同側(cè)和相反側(cè)的上述開(kāi)口的流體流速達(dá)到不同數(shù)值地進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)送目標(biāo)物的動(dòng)作。
11.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手，其特征在于，上述壓力室與單體的流體滯留室和運(yùn)送裝置相連接。
12.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手，其特征在于，上述流體控制機(jī)構(gòu)為溫度控制機(jī)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手，其特征在于，上述流體控制機(jī)構(gòu)為由外部可控制機(jī)械變形的元件構(gòu)成，通過(guò)使壓力室變形從而控制流體的機(jī)構(gòu)。
14.一種機(jī)器人手，至少配備有1個(gè)以上權(quán)利要求1中所述的機(jī)械手。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種機(jī)械手，具有即使對(duì)于細(xì)小的目標(biāo)物也可以在確實(shí)握持的狀態(tài)下容易地進(jìn)行姿態(tài)控制等細(xì)致操作的構(gòu)成。本發(fā)明的機(jī)械手，例如，在與操作目標(biāo)物的接觸部上，具有與通過(guò)流體控制機(jī)構(gòu)控制壓力的壓力室相連通的開(kāi)口，利用流體控制機(jī)構(gòu)控制經(jīng)由開(kāi)口的流體出入，從而進(jìn)行目標(biāo)物的操作。
文檔編號(hào)B81B7/00GK1535798SQ20041003168
公開(kāi)日2004年10月13日 申請(qǐng)日期2004年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月4日
發(fā)明者林禎, 禎 林 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社