Микроманипулятор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э А 61 В 19/00, В 25 J 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф ю

Ма

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4867788/14 (22) 20.09.90 (46) 23.03.93. Бюл. М 11 (71) Научно-производственное объединение биологического приборостроения АН СССР (72) В.А.Бондарев, Е.Г.Иванов, В.Т.Ларин, Ю.А Попов, А.M.Õîõëîâ и M,È.Øèujêoâ (56) Проспект фирмы ФРГ Ernst Leitz

Wetzkar GmbH Mlcromanipulator m 1980ã.

Каталог фирмы HUGO Sachs Etekronlk (HSE) Biomedical Research lnstrument for

Pharmakology and Physiology, . Манипулятор МО-8 Япония, 1989. (54) МИКРОМАНИПУЛЯТОР (57) Изобретение относится к медико-биологической технике, а именно к микрохирургическим манипуляторам, и,может быть использовано при микрохирургических глазных операциях, пересадках ядер в яйцеклетке, биофиэических и электоойизи1 1 27 аю> . Ы оо 1 803066 А 1 ческих "-кспериментах на биологических тканях, животных и растительных клетках, а также в производстве микроминиатюрных. приборов, Цель изобретения — повышение точности манипулирования. Снижение вибраций и дрейфа микроинструмента снизит травмирование биообъекта, позволит проводить операции на меньших объектах.

Микроманипулятор отличается тем, что шаговый привод выполнен пневматическим и содержит поворотные мембранные коробки

22, воздействующие на поворотную обойму

14, которая снабжена тормозными мембранными коробками 20. Поворотная обойма

14 является составной частью механизма тонкого дистанционного перемещения 13, установленного на ручке ручного перемещения 12, Мембранные коробки 20 и 22 связаны с блоком 23 дистанционного управления перемещением микроинструмента. 3 ил.

1803066

Изобретение относится к медико-биологической технике, а именно к микрохирургическим манипуляторам, и может быть использовано при микрохирургических операциях, таких как пересадка ядер в яйцеклетке, в глазных и микрохирургических операциях на организменном уровне, в биозифических и электрофизических экспериментах на биоЛогических тканях, животных и растительных клетках, а также для осуществления малых высокоточных перемещений, необходимых для производства микроминиатюрных приборов, .

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности манипулирова- "5 ния, Снижение вибраций и дрейфа микроинструмента снизит травмирование биообъекта, позволит проводить операции на меньших объектах.

На фиг.1 схематические показано предлагаемое устройство; на фиг,2 — схема блока дистанционного управления; на фиг.3 — циклограмма работы бЛока дистанционного управления.

Микроманипулятор содержит держа- 25 тель микроинструмента, выполненный в виде столика 1, на котором может быть установлена головка, несущая микроинструмент (головка и микроинструмент на чер- теже не показаны}, механизмы продольного 30 и поперечного горизонтального перемещения столика 1, выполненные идентично и размещенные на направляющих 2 и 3 соответственно, механизм 4 вертикального перемещения и механизм 5 наклона столика 1, несущая выдвижная штанга 6, установленная во втулке 7 магнитного основания 8.

Направляющая 2 содержит ползун 9, выполненный на шариках 10, на котором жестко закреплен столик 1. 40 Направляющая 3 также содержит ползун 9, на котором жестко закреплена направляющая 2.

Ползун 9 взаимодействует с толкателем

11, один конец которого выполнен реэьбо- 45 вым и составляет пару с ручкой 12. На ручке

12 установлен механизм тонкого дистанционного перемещения 13, состоящий иэ обоймы 14, втулки 15, тормозных штоков 16,, возвратных пружин 17, при этом обойма 14 50 жестко закреплена на втулке 15, установленной с зазором на ручке 12. Во втулке 15 выполнены диаметрально противоположные отверстия, в которых установлены тормозные штоки 16. Толкатель,11 установлен 55 в фиксаторе 18, жестко связанном с направляющей 2 и фиксирующем толкатель 11 от проворота, При вращении ручки 12 толкатель 11 перемещается поступательно, воздействуя на ползун 9, который подпружинен пружиной 1, обеспечивающий его обратный ход, Обойма 14 снабжена двумя тормозными мембранными коробками 20, воздействующими при подаче в них воздуха на тормозные штоки 16, которые прижимаются к ручке

12 и обойма 14 при этом оказывается жестко связанной с ручкой 12. На направляющей 2 жестко закреплены кронштейны 21, на которых установлены поворотные мембранные коробки 22 и возвратные пружины 17. Тормозные мембранные коробки 20 и поворотные мембранные коробки 22 связаны с блоком управления 23, Блок управления 23 (см, фиг.2) содержит переключатели выбора направления движения 24 и 25 продольного или поперечного горизонтального перемещения (координаты

X и Y), первый логический элемент 2 ИЛИ 26, тактовый генератор 27-, двоичный счетчик

28, программируемое запоминающее устройство 29, первый и второй логические элементы 2 И 30 и 31, второй и третий логические элементы 2 ИЛИ 32 и 33, первый и второй усилители мощности 34 и 35, первый и второй злектропневмопреобразователи

36 и 37, первый и второй пневмодроссели 38 и 39, первый и второй пневматические трубопроводы 40 и 41, третий и четвертый логические элементы 2 И 42 и 43, третий и четвертый усилители мощности 44 и 45, третий и четвертый электропневмопреобразователи 46 и 47, третий и четвертый пневмодроссели 48 и 49, третий и четвертый пневматические трубопроводы 50 и 51, Микроманипулятор работает следующим образом, На столик 1 устанавливается головка с микроинструментом, Управляя ручками 12 и ручным механизмом 4 и 5, вручную подводят кончик микроинструмента к объекту.

Дальнейшие точные шаговые перемещения микроинструмента производят с помощью пневмопривода; состоящего из мембранных коробок 20 и 22, от блока. управления 23.

В исходном положении переключателей 24 и 25 на входах элемента 26, 2 ИЛИ присутствует высокий логический уровень сигнала, при этом на его выходе вырабатывается сигнал сброса генератора 27 и двоичного счетчика 28 по входам R. При переводе переключателя 24 в правое положение на выходе элемента 26 2 ИЛИ снимается сигнал сброса, на вход А7 старшего адресного разряда программируемого запоминающего .устройства 29 подан сигнал логической единицы, а на вторые. входы логических элементов 30 и 31 подается сигнал логического нуля, разрешающий прохождение сигнала с выходов элементов 2 ИЛИ:32 и 33 на усили1803066 тели мощности 34 и 35. При этом запускается генератор импульсов 27 (за счет слияния сигнала по входу сброса) и на вход счетчика

28 подается тактовая последовательность импульсов установленной частоты. Сигналы с выходов счетчика 28. 2О.„2 подаются на адресные входы А .„А программируемого запоминающего устройства РВОМ 29. При этом на его выходах 1 и 3 формируются в соответствии с записанной информацией в первой области его адресного пространства сигналы управления, изображенные на циклограмме, приведенной на фиг.3 (8П ЕРЕД), первый из которых предназначен для управления тормозными мембранными коробками 20, а второй — поворотными мембранными коробками 22 по координате

X. С выходов усилителей мощности 34 и 35 сигналы поступают на вход злектропневмопреобразователей 36 и 37, подключенных через пневмодроссели 38 и 39 с помощью пневматических гибких трубопроводов 40 и 41 к вышеуказанным мембранным коробкам. При этом тормозные мембранные коробки 20 прижимают тормозные штоки 16 к ручке 12, образуя жесткую связь поворотной обоймы 14 с ручкой

12, Затем при подаче импульса с небольшой задержкой в поворотные мембранные коробки 22 ручка 12 вместе с обоймой 14 делает поворот и обеспечивает поступательное перемещение толкателя 11 на один шаг вперед. Задержка импульса необходима для исключения обратных рывков микроинструмента.

При переводе переключателя 24 в исходное положение блокируется генератор

27, счетчик 28 сбрасывается в исходное состояние, а управляющие импульсы на выходе блока отсутствуют. При этом мембранные коробки 20 и 22 перестают воздействовать на тормозные штоки 16 и поворотную обойму 14; которая возвращается в исходное состояние под действием пружины 17, Для обеспечения перемещения толкателя 11 и, соответственно, ползуна 9 на один шаг назад переводят переключатель

24 в левое положение, при этом на выход А7 программируемого запоминающего устройства 29 подается сигнал логического нуля и на его выходах 2 и 4 формируются сигналы управления в соответствии с информацией, записанной во второй области его адресного пространства, изображенные на циклограмме 3, (НАЗАД). Эти сигналы, как и в случае движения вперед, подаются на мембранные коробки 20 и 22 механизма перемещения 13 по координате Х. Как видно на циклограмме, сначала подают импульс на поворотную мембранную коробку 22 и она, Формула изобретения

1, Микроманипулятор, содержащий направляющие продольного и поперечного перемещения и установленный в них держатель микроинструмента, связанный через

35 шаговые приводы с блоком дистанционного управления перемещением микроинструмента по двум взаимно перпендикулярным направлениям в горизонтальной плоскости, отличающийся тем, что, с целью

40 повышения точности манипулирования, каждый шаговый привод выполнен пневматическим и содержит винтовую пару, включающую толкатель с резьбой на одном конце и ручку перемещения, установленный

45 на последней механизм тонкого дистанционного перемещения, состоящий из поворотной подпружиненной относительно направляющей продольного перемещения обоймы, снабженной тормозными мембран50 ными коробками и тормозными штоками, установленными между тормозными мембранными коробками и ручкой, а также поворотных мембранных коробок, связанных с направляющей продольного перемещения, 55 при этом другой конец толкателя, взаимодействующий с держателем микроинструментг, установлен с возможностью поступательного перемещения в фиксаторе, жестко связанном с направляющей продольного перемещения, а мембранные ко30 воздействуя на обойму 14. поворачивается.

Затем подается импульс на тормозную мембранную коробку 20, которая воздействует на штоки 16 и прижимает их к ручке 12. При

5 снятии импульса с мембранных коробок 22 обойма 14 вместе с ручкой t2 под воздействыем пружины 17 делает обратный ход. При этом ручка 12 поворачивается и обеспечивает поступательное перемещения толкателя

10 11 на один шаг назад. Для управления по координате У используется переключатель

25, разрешающий по вторым входам элементов 2 И 42 и 43 прохождение импульсов управления с выходов программируемого

15 запоминающего устройства 29 через элементы 2 ИЛИ 32 и 33 на усилители мощности

44 и 45, управляющие электропневмопреобразователями 46 и 47, подключенные через пневмодроссели 48 и 49 к мембранным ко20 робкам механизма перемещения по координате Y с помощью гибких пневматических трубопроводов 50 и 51.

Таким образом, применение устройства по предлагаемому изобретению позволит

25 повысить точность манипулирования, снизить вибрацию микроинструмента и даст возможновть работы с более тонкими структурами клеток и тканей, 1803066 8 I . робки связаны пневмотрубопроводами с блоком дистанционного управления, 2. Манипулятор по п.1, о т л и ч à юшийся тем, что блок управления содержит электронный генератор тактовых 5 импульсов, двоичный счетчик, программируемое запоминающее устройство, два элемента 2 ИЛИ, четыре элемента 2 И и блок переключателей, при этом электронный генератор тактовых импульсов связан с вхо- 10 дом двоичного счетчика, подключенного к адресным входам программируемого запоминающего устройства, выходы которого подключены попарно к входам двух элементов 2 ИЛИ, выход первого из которых соеди- 15 нен с первыми входами двух элементов 2 И, а выход второго элемента 2 ИЛИ соединен с первыми входами двух других элементов

2 И, вторые входы каждой пары из которых подключены к соответствующим выходам блока переключателей, а также к входам третьего элемента 2 И, выход которого соединен с входами установки исходного состоя ния генера-. тора и счетчика, выход реверса блока . переключателей соединен.со старшим адресным входом программируемого запоминающего устройства, а выходы элементов 2 И через усилители мощности. электропневмопреобразователи и регулируемые пневмодроссели связаны с мембранными коробками.

1803066

Составитель Н. Шмакова

Техред М.Моргентал

Редактор Т. Иванова

KoPPBKTGp П. Герещи

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1015 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5