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マイクロマニピュレーションシステムの開発


 近年、工学分野、医療分野、生物分野において対象物の微小化にともない 微小対象物の操作、加工、組立といった、微細作業手法の確立が求められている。 微小対象物の大きさは、数ミリから数マイクロメーターのサイズであり、 このサイズでは人間が直接操作を行うことは難しい。 よって、人間に代わって微細操作を行うマニピュレータの開発が不可欠である。

 操作、加工、組立といった工程を考慮すると、微細作業に要求される マイクロマニピュレータは、微小対象物の回転も含めた6自由度の高精度な位置決め が実現できなければならない。

 コンパクトで多自由度な動作が可能な機構としてパラレルメカニズムが挙げられる。 これはエンドエフェクタ部と、ベース部とを複数のリンクで並列に支える機構であり、 高精度な位置決めができる、強い力が出せる、コンパクトな機構で多自由度な動きが 実現できる等の特徴を持っている。この高精度な位置決めと、コンパクトな機構で 多自由度な動きが実現できることは、微細作業にとって重要な要素であり、 マイクロマニピュレータの機構として有効と思われる。本研究では、 パラレルメカニズムを利用した二本指マイクロハンドを開発するにあたって、 その作業領域や制御手法の容易さから見て適切な機構について考察し、 それに基づき二本指マイクロハンドを試作した。 これを用いて、直径2[micro m]のガラス玉を把持し所定の場所に位置決めする 微細作業に成功した。

     

二本指マイクロハンド機構とマニピュレーションシステム全景

      

二本指マイクロハンドによる直径2ミクロン(1ミクロン=1/1000ミリ)のガラス球操作

微小環境と二本指による対象物操作

パラレルメカニズムを使った駆動機構

箸操作を模倣した二本指マイクロハンド 

 

参考文献

Pasi Ojala, Tatsuo Arai, Tamio Tanikawa, Heikki Koivo, "Motion Optimization and Control of the 7 D.O.F. Micro Manipulator", Proc. Scandinavian Symposium on Robotics, pp. 132-136, October 4-6,1994

Pasi Ojala, Tatsuo Arai, Tamio Tanikawa, "Kinematic Analysis and Motion Control of a Redundant Micro Manipulator" , Proc. 2nd Japan-France Congress on Mechatronics, pp.473-476, Nov. 1-3, 1994

Tamio Tanikawa, Tatsuo Arai, Masami Saeki, "Two-Finger Micro Hand", Proc. IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp.1674-1679, May 21-27, 1995

Tamio Tanikawa, Tatsuo Arai, Takanori Masuda, "Development of Micro Manipulation System with Two-Finger Micro Hand", Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, pp. 850-855, Nov. 4-8, 1996

Tatsuo Arai, Jacques M. Herve, Tamio Tanikawa, "Development of 3 DOF Micro Finger", Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, pp. 981-987, Nov. 4-8, 1996

谷川民生、新井健生:"二本指マイクロハンドの設計と微細作業"、日本ロボット学会誌、Vol.15, No. 2, pp. 284-289,(1997)

新井健生, 谷川民生, Rene Larsonneur:"マイクロハンドを構成するフィンガーモジュールの機構と制御",日本ロボット学会誌, Vol.15, No. 3, pp. 402-407,(1997)



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