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Manipulator mit einer Fernbedienungseinrichtung - Dokument DE3541082C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3541082C2 18.03.1993
Titel Manipulator mit einer Fernbedienungseinrichtung
Anmelder Narishige Scientific Instrument Laboratory, Ltd.;
Narishige Corp., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Narishige, Eiichi;
Yoneyama, Shinji, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Wagner, K., Dipl.-Ing.; Geyer, U., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 19.11.1985
DE-Aktenzeichen 3541082
Offenlegungstag 20.11.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.03.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.03.1993
IPC-Hauptklasse B25J 7/00

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Manipulator mit einer Fernbedienungseinrichtung zum Manipulieren einer Glaselektrode, wobei Manipulator und Fernbedienungseinrichtung jeweils Linearantriebe für X-, Y- und Z-Richtung aufweisen, die als Hydraulikzylinder ausgebildet sind und paarweise durch Leitungen hydraulisch miteinander verbunden sind, und der Linearantrieb der Fernbedienungseinrichtung für die X-Richtung mit einem X-Schlitten zusammenwirkt, der eine Tragwelle mit Kugel aufweist, die mit einem schwenkbaren Hebel der Fernbedienungseinrichtung zum Versetzen des Manipulators in X- und Y-Richtung zusammenwirkt.

Einen solchen Manipulator zeigt die DE 33 22 635 A1. Glaselektroden werden verwendet, um eine genetische Information abzunehmen, die sich auf eine bestimmte Zelle bezieht, und zwar vorzugsweise auf dem Gebiet der Medizinwissenschaft oder Biotechnologie, die in Hinblick auf die Genmanipulation stark erforscht werden.

Glaselektroden in Form eines injektionsnadelförmigen Glasrohrs weisen einen Durchmesser auf, der im Bereich von 1-3 mm liegt mit einer Länge im Bereich von 50 bis 60 mm. Eine solche Glaselektrode ist normalerweise mit einem Elektrolyten gefüllt, wie beispielsweise mit Kaliumchlorid, Natriumchlorid oder dergleichen. Für die unterschiedlichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurde eine solche Glaselektrode mit einem Durchmesser am vordersten Ende in der Größe von 0,1 Mikron hergestellt. Es wird somit möglich, durch Einsetzen der Glaselektrode in eine Zelle genetische Informationen zu erhalten, und zwar Informationen, betreffend die Funktionen einer bestimmten einzigen Zelle. Wenn eine Glaselektrode in eine bestimmte einzige Zelle eingesetzt wird, ist es erforderlich, die Elektrode möglichst genau zu positionieren, um zu verhindern, daß weder die Zelle noch die Elektrode beschädigt oder verletzt werden, und wobei ferner die Versetzung der Elektrode bewirkt werden muß, ohne daß ein Schütteln oder eine Mäanderbewegung auftreten.

Diesen Erfordernissen entspricht eine Einrichtung, wie sie Gegenstand der DE 33 22 635 A1 ist. Dabei wird der Manipulator durch Öl als hydraulisches Medium betätigt. Wenn der X-Linearantrieb betätigt wird, wird die Glaselektrode in Längsrichtung (im folgenden als X-Richtung bezeichnet) versetzt. Wenn der Y-Linearantrieb betätigt wird, wird dieser in Querrichtung versetzt (im folgenden als Y-Richtung bezeichnet). Wenn ferner ein schwenkbarer Hebel verdreht wird, um den Z-Linearantrieb zu betätigen, wird er in der Vertikalrichtung versetzt (im folgenden als Z-Richtung bezeichnet). Wenn darüberhinaus der schwenkbare Hebel in irgendeiner Richtung geneigt wird, wird er mittels des X-Y-Linearantriebs versetzt und zwar um einen Abstand entsprechend der Richtung und Größe der Neigungsbewegung des schwenkbaren Hebels.

Dabei sind sowohl der X-Linearantrieb als auch der Y-Linearantrieb gesondert von dem X-Y-Linearantrieb angeordnet und jeder derselben steht mittels Rohrleitungen in hydraulischer Verbindung mit dem Manipulator. Dadurch ergibt sich für diesen eine große Anzahl von Teilen mit relativ großen Abmessungen, was einen erhöhten Raumbedarf und erhöhte Herstellungskosten zur Folge hat. Das hydraulische System weist zahlreiche Verbindungen auf, beim Zusammenbau ist eine große Zahl von Arbeitsstunden erforderlich. Es hat sich außerdem herausgestellt, daß Luftblasen auftreten, die die Tendenz haben, an Verbindungsflächen anzuhaften, wobei es ziemlich schwer ist, die Luft zu beseitigen. Darüberhinaus wird ein beträchtliches Ölvolumen in dem hydraulischen System benötigt. Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Manipulators besteht darin, daß dann, wenn der X-Linearantrieb oder der Y-Linearantrieb betätigt wird, der hydraulische Druck nicht nur zum Manipulator übertragen wird, sondern auch zu dem X-Y-Linearantrieb, wodurch der hydraulische Druck im Manipulator vermindert wird und außerdem wird der X-Y-Linearantrieb veranlaßt, als Manipulator zu arbeiten, wodurch ein Teil des Drucks in dem Manipulator durch die Hydraulikzylinder in dem X-Y-Linearantrieb absorbiert wird, was zur Folge hat, daß die Glaselektrode von der erforderlichen Position weg versetzt wird.

Bei Verwendung von Öl als hydraulisches Medium bewirkt die thermische Ausdehnung des Öls beim Ansteigen der Temperatur eine Abweichung der Glaselektrode gegenüber der einzunehmenden Position. Aus diesem Grunde wäre ein hydraulisches Medium mit einem niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorzuziehen. Wasser als hydraulisches Medium zu verwenden hat man nicht gewagt, weil die Befürchtung bestand, daß dieses Rost und Leckwasser zur Folge hat.

In dem Manipulator der bekannten Einrichtung wird eine große Membran verwendet mit zwei Rückholfedern seitlich derselben, was zur Folge hat, daß der Manipulator verhältnismäßig große Abmessungen aufweist.

Um die Abmessungen eines solchen Manipulators kleiner zu gestalten, wurde bereits vorgeschlagen, den in X-Richtung beweglichen Schlitten in dem in Y-Richtung beweglichen Schlitten verschiebbar anzuordnen (FR-A-25 01 563).

Weiterhin hat man auch schon für einfache hydraulische Betätigungsmechanismen mit Fernbedienung vorgeschlagen, Wasser als hydraulisches Medium zu verwenden und die Hydraulikzylinder weitgehend gleich auszuführen. Eine solche Anordnung ist der Zeitschrift Chemical Processing and Equipment der US-Atomic Energy Comission, Mc Graw-Hill Book Comp Inc., New York 1955, Seite 147, 148 zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs erwähnten Manipulator mit Fernbedienungseinrichtung dahingehend zu verbessern, daß eine weitgehend kompakte Bauweise, eine preiswerte Herstellung und eine große Genauigkeit bei der Handhabung erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Der erfindungsgemäße Manipulator arbeitet mit hoher Genauigkeit bei der Versetzung der Glaselektrode. Vorallem aber werden wesentlich kleinere Abmessungen des Manipulators und der zugehörigen Fernbedienungseinrichtung erreicht, was bei der Arbeit in Verbindung mit Mikroskopen von großer Bedeutung ist. Schließlich ist auch noch die preiswerte Herstellung und die Gleichheit der Hydraulikzylinder ein besonderer Vorteil.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Manipulators mit Fernbedienungseinrichtung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 die Gesamtansicht des Manipulators mit der Fernbedienungseinrichtung, wobei beide Teile durch hydraulische Leitungen miteinander verbunden sind,

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

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des X-Linearantriebs in einem auseinandergelegten Zustand;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt des X-Linearantriebs gemäß Fig. 3.

Fig. 5 den Schnitt einer Membran, wie sei im X-Linearantrieb gemäß Fig. 4 Verwendung findet;

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

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die Fernbedienungseinrichtung und mit 2 ist der Manipulator bezeichet. Die Fernbedienungseinrichtung 1 wird im einzelnen gebildet durch die Kombination aus einem X-Y-Linerantrieb 3, einem Z-Linearantrieb 4 einen X-Linearantrieb 5 und einen Y-Linearantrieb 6. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist der X-Y-Linerantrieb 3 derart konstruiert, daß eine stationäre Platte 7 fest auf einer Basisplattform 8 befestigt ist, und zwar mittels einer Vielzahl von Schrauben; ein Y-Schlitten 9 ist gleitend auf der stationaren Platte 7 derart gelagert, daß er in Y-Richtung gleiten kann. Ein L-förmiger Bügel 10 ist an einer Endstirnfläche der stationären Platte 7 befestigt, und zwar mittels Schrauben und ein Körper 11 des Y-Linearantriebs 6 ist am Bügel 10 mittels Schrauben befestigt. Der Schraubenschaft 13 des Knopfs 12 steht gewindemäßig in Eingriff mit dem Körper 11 des Y-Linerantriebs 6 und weist eine Bohrung 13A auf, in welche das eine Ende einer Kolbenstange 14 eingesetzt ist.

Ein Bügel 15 ist an dem Y-Schlitten 9 in betriebsmäßiger Assoziation mit dem Y-Linearantrieb 6 mittels Schrauben befestigt, und ein Hydraulikzylinder 16 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 56 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. Ein X-Schlitten 20 ist gleitend an dem Y-Schlitten 9 angeordnet, um eine Gleitbewegung bezüglich des Y-Schlittens 9 auszuführen. Die Gleitrichtung des X-Schlittens 20 ist die Horizontalrichtung, d. h. die X-Richtung. Dies bedeutet, daß eine rechtwinklige Kreuzung stattfindet mit der Gleitrichtung des Y-Schlittens 9, der auf der stationären Platte 7 gleitet.

Wie man am besten in Fig. 2 erkennt, ist ein Bügel 21 an der einen Stirnfläche des X-Schlittens 20 mittels Schrauben in der gleichen Weise befestigt, wie dies der Fall für den Y-Schlitten 9 ist und ein Hydraulikzylinder 22 ist am Bügel 21 mittels Schrauben befestigt. Der X-Linearantrieb 5 ist an der einen Stirnfläche des Y-Schlittens 9 in Arbeitsverbindung mit dem Hydraulikzylinder 22 angeordnet. Der X-Linearantrieb 5 weist im wesentlichen folgendes auf: ein Gehäuse 23, einen mit dem Gehäuse 23 gewindemäßig in Eingriff stehenden Knopf 24 und eine Kolbenstange 25, von der ein Ende in eine Bohrung eingesetzt ist, welche im Knopf 24 in der gleichen Weise ausgebildet ist, wie im Falle des Y-Linearantriebs 6. Das Gehäuse 23 des X-Linerantriebs 5 ist fest am Bügel 23 mittels Schrauben befestigt. Desgleichen ist der Bügel 26 an dem Y-Schlitten 9 mittels Schrauben befestigt. Eine Kugel 28 ist am oberen Ende einer Tragwelle 27 befestigt, die aufrecht auf der Oberfläche des X-Schlittens 20 steht. Die Kugel 28 ist in eine Bohrung 31 einer größeren Kugel 30 eingepaßt, die fest mit einem kippbaren Hebel 29 verbunden ist. Die größere Kugel 30 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 schwenkbaren 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 schwenkbaren Hebels 29, vergrößert oder verkleinert wird. Somit wird ihrerseits die Vergrößerung oder Verkleinerung der Versetzung auf den X-Schlitten 20 oder den Y-Schlitten 9 übertragen, was die Einstellung der Versetzungsgröße der Glaselektrode A, befestigt an der Bedienungseinrichtung 2 zur Folge hat. Der schwenkbare Hebel 29 ist mit dem Z-Linearantrieb 4 Versehen, der aus dem Hydraulikzylinder 35 besteht, ähnlich dem oben erwähnten Hydraulikzylinder, ferner besteht der Linearantrieb 4 aus der Kolbenstange 36a, wodurch die Membran des Hydraulikzylinders 35 unter Schub gesetzt werden kann, und wobei ferner ein Knopf gewindemäßig mit dem schwenkbaren 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 an der Bedienungseinrichtung 2, und zwar durch drei Rohrleitungen.

Die Bedienungseinrichtung 2 Weist einen X-Richtungs-Versetzungsmechanismus 37, einen Y-Richtungs-Versetzungsmechanismus 38 und einen Z-Richtungs-Versetzungsmechanismus 39 auf, von denen jeder in der gleichen Weise konstruiert ist, und wobei Unterschiede nur insofern vorliegen, als diese Mechanismen an der Bedienungseinrichtung 2 in unterschiedlicher Orientierung angeordnet sind, um so die Versetzung in unterschiedlicher Richtung sicherzustellen. Der X-Richtungs-Versetzungsmechanismus 37 ist derart angeordnet, daß die Versetzung in X-Richtung erreicht wird. Der Y-Richtungs-Versetzungsmechanismus 38 ist derart angeordnet, daß die Versetzung in Y-Richtung erreicht wird. Der Z-Richtungs-Versetzungsnmechanismus 39 ist derart angeordnet, daß die Versetzung in Z-Richtung erreicht wird. Im Hinblick auf den eben ausgeführten Zusammenhang sei im folgenden aus Gründen der Einfachheit nur auf den X-Richtungs-Versetzungsmechanismus 37 eingegangen.

Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt, weist der X-Richtungs-Versetzungsmechanismus 37 eine Grundplatte 40 mit U-förmiger Querschnittsgestalt auf und ein Schlitten 42 ist gleitend innerhalb einer Nut 41 der Grundplatte 40 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 46 zwischen zwei Schienen 44 und 45 sitzen, und zwar in der Form eines quadratischen Drahtes, der in den Nuten an beiden Seitenwänden der Basisplatte 40 und auch dem Schlitten 42 eingepaßt ist. Eine Kolbenstange 47 ist an der einen Endstirnfläche des Schlittens 42 befestigt, und zwar am Mittelteil des Schlittens und eine Bohrung 48 erstreckt sich vom anderen Ende des Schlittens 42 zum vordersten Ende der Kolbenstange 47, wobei eine Rückholfeder 49 in die Bohrung 48 eingesetzt werden kann, die zwischen der Endplatte 50 der Basisplatte 40 und dem vordersten Ende der Kolbenstange 47 gespannt ist. 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 Grundplatte 40 mittels Schrauben befestigt, wie man in der Zeichnung erkennt. Ein Hydraulikzylinder 52 ist in der gleichen Weise wie die Zylinder 16, 22 und 35 aufgebaut und am Bügel 51 mittels Schrauben befestigt. 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. 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 Leitung 71 zwischen dem Hydraulikzylinder 52 und dem Hydraulikzylinder 22 in der Fernbedienungseinrichtung 1 hergestellt wird. Die Membran 56 besteht aus Gummi, ausgekleidet mit Netzmaterial. Sie 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 weg abgelenkt wird, ist eine von der Platte 50 wegragende Stange 62 in die Rückholfeder 49 eingesetzt.

Der Schlitten 42 des X-Linearantriebs 37 ist am Schlitten 63 des Y-Linearantriebs 38 befestigt, und darüber hinaus ist die Grundplatte 64 des Y-Linearantriebs 38 mit dem Schlitten 66 des Z-Linearantriebs 39 durch eine Stange 65 verbunden. Die Glaselektrode A ist an dem Z-Linearantrieb 39 in der Weise befestigt, daß sie frei in irgendeiner der drei Richtungen versetzt werden kann, d. h. in X-, Y- und Z-Richtung, und zwar durch die Kombination des X-Linearantriebs 37, des Y-Linearantriebs 38 und des Z-Linearantriebs 39. Wie sich aus dem rechten Teil der Fig. 1 ergibt, ist die Glaselektrode A an der Grundplatte 67 des Z-Linearantriebs 39 befestigt, und zwar mit Hilfe eines Passungswerkzeugs 77. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung des X-Linearantriebs 37 an dem Y-Linearantrieb 38 und die Befestigung des letzteren an dem Z-Linearantrieb 39 unter Verwendung eines Hilfsglieds, beispielsweise von plattenförmigen Paßgliedern 78 und 79 oder dgl. Die Grundplatte 40 des X-Linearantriebs 37 weist Betätigungsknöpfe 68 und 70 auf, die Komponenten für einen manuellen Versetzungsmechanismus 76 bilden, um die manuelle Versetzung in X-, Y- und Z-Richtung auszuführen. Demgemäß kann der Manipulator 2 auf einer bestimmten wissenschaftlichen Vorrichtung, wie beispielsweise einem Mikroskop oder dgl., mit Hilfe des manuellen Versetzungsmechanismus 76 angeordnet werden. Offensichtlich kann die Grundplatte 40 des X-Linearantriebs 37 direkt auf einer solchen wissenschaftlichen Gerätschaft angordnet werden. Da jeder der Mechanismen des X-Linearantriebs 37, des Y-Linearantriebs 38 und des Z-Linearantriebs 39 in sehr kleinen Abmessungen konstruiert ist, 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 beabsichtigte Zweck in zufriedenstellender Weise erreicht wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, steht der Hydraulikzylinder 52 des X- Linearantriebs 37 in hydraulischer Verbindung mit dem Hydraulikzylinder 22 der Fernbedienungseinrichtung 1, und zwar mittels eines Rohrs 71, wobei der Hydraulikzylinder 72 des Y-Linearantriebs 38 in hydraulischer Verbindung mit dem hydraulischen Zylinder 16 in der Fernbedienungseinrichtung 1 über ein Rohr 73 steht und wobei schließlich der Hydraulikzylinder 74 des Z-Linearantriebs 39 in hydraulischer Verbindung mit dem Hydraulikzylinder 35 in der Fernbedienungseinrichtung 1 über ein Rohr 75 steht. Jeder der Hydraulikzylinder 16, 22, 35, 52, 72 und 74 ist in wasserdichter Weise mit Wasser bei einem vorbestimmten Druck gefüllt.

Als nächstes sei die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Manipulators 2 beschrieben.

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

Wenn der Knopf 24 des X-Linearantriebs 5 verdreht wird, wird die Kolbenstange 25 veranlaßt, auf die Membran im Hydraulikzylinder 22 einen Schub anzuüben, 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-Linearantrieb 37 des Manipulators 2 übertragen werden, wodurch sich die Schubkraft, ausgeübt auf die Membran 56 des Hydraulikzylinders 52, mittels der Kolbenstange 47 verändert. Infolgedessen gleitet der Schlitten 42 auf der Grundplatte 40 um einen Abstand äquivalent zu einer Drehgröße oder einem Drehausmaß des Knopfes 24. Gleiches gilt bezüglich des Y-Linearantriebs 6 und des Z-Linear antriebs 4. Der Y-Linearantrieb 38 und der Z-Linearantrieb 39 im Manipulator 2 werden entsprechend einem Drehausmaß der Knöpfe des Y-Linearantriebs 6 und des Z-Linearantriebs 4 im Manipulator 1 betätigt.

Wenn der schwenkbare Hebel 29 geneigt verläuft, wird der X-Y-Linearantrieb 3 abhängig von der Richtung der Schwenkbewegung in einem entsprechenden Ausmaß betätigt. Speziell gleitet der Y-Schlitten 9 auf der stationären Platte 7 und sodann gleitet der X-Schlitten 20 auf dem Y-Schlitten 9 abhängig von der Richtung der Schwenkbewegung des Schwenkhebels 29 und mit einem entsprechend großem 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-Linearantriebs 38 und den Hydraulikzylinder 52des X-Linearantriebs 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 Manipulator 2 vermindert wird, wird die Versetzung mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit bewirkt, und zwar durch den Effekt der elastischen Kraft der Rückholfeder 49.

Wie erwähnt, wird Wasser als hydraulisches Medium verwendet, was einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Öl besitzt und positionsmäßige Fluktuationen der Glaselekrode 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.

Der X-Linearantrieb 37 ist derart konstruiert, daß er mit einer sehr kleinen Membran 56 ausgestattet ist, die kleiner als 5 mm im Durchmesser ist, eine Bohrung 48 erstreckt sich bis zum vordersten Ende der Kolbenstange 47 in der Mitte des Schlittens 42 und die Rückholfeder 49 ist in der Bohrung 48 untergebracht. Alle diese Teile sind kompakt zusammengebaut in dem X-Linearantrieb 37. Der Y-Linearantrieb 38 und der Z-Linearantrieb 39 haben eine ähnliche Konstruktion wie der X-Linearantrieb 37. Der Manipulator 2 ist eine Anordnung aus diesen drei kompakten Versetzungsmechanismen und sehr klein in seiner gesamten Konstruktion. Demgemäß kann der Manipulator 2 an irgendeiner erforderlichen Position, z. B. 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, verglichen mit konventionellen Manipulatoren. Auf diese Weise kann die unerwünschte Ablenkung der Glaselektriode 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 sein. Der X-Linearantrieb 37, der Y-Linearantrieb 38 und der Z-Linearantrieb 39 sind sämtlich so klein, daß der Manipulator 2 ebenfalls in seiner Größe vermindert werden kann. Es ist daher leicht, den Manipulator 2 auf einem Adapter, wie einem Mikroksop, anzuordnen.

Da jeder der hydraulischen Zylinder 16, 22, 35, 52, 72 und 74 derart ausgelegt und konstruiert ist, daß er an einem Bügel befestigt ist, 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.


Anspruch[de]
  1. 1. Manipulator mit einer Fernbedienungseinrichtung zum Manipulieren einer Glaselektrode, wobei Manipulator und Fernbedienungseinrichtung jeweils Linearantriebe für X -,Y- und Z-Richtung aufweisen, die als Hydraulikzylinder ausgebildet sind und paarweise durch Leitungen hydraulisch miteinander verbunden sind, und der Linearantrieb der Fernbedienungseinrichtung für die X-Richtung mit einem X-Schlitten zusammenwirkt, der gegenüber einem Y-Schlitten bewegbar ist und eine Tragwelle mit Kugel aufweist, die mit einem schwenkbaren Hebel der Fernbedienungseinrichtung zum Versetzen des Maniulators in X- und Y- Richtung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß der X-Schlitten (20) in dem Y-Schlitten (9) der Fernbedienungseinrichtung (1) verschiebbar gelagert ist,
    2. - daß die Hydraulikzylinder (16, 72; 22, 52; 35, 74) jeweils mit einer Membran (56) ausgestattet sind, die an einem Ende einer jeweiligen Kolbenstange (14, 25, 47) anliegt, und
    3. - daß die Kolbenstangen (47) der Linearantriebe (52, 72, 74) am Manipulator (2) mit dem jeweilig anderen Ende fest an den jeweiligen X-, Y-, und Z-Schlitten (42, 63, 66) befestigt sind und eine Bohrung (48) sich durch den jeweiligen Schlitten (42, 63, 66) in die jeweilige Kolbenstange (47) erstreckt, in die jeweils eine Rückholfeder (49) eingesetzt ist.
  2. 2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hyddraulisches Medium in jedem Hydraulikzylinder Wasser verwendet wird.
  3. 3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikzylinder alle gleich ausgebildet sind.






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