(57)【要約】【課題】マイクロマニピュレータへのＸ軸及びＹ軸方向の駆動指令を誤っても、中断することなく操作を続行可能な微小物体ハンドリングシステムを提供する。【解決手段】モニタの画面中心Ｏをエンドエフェクタの先端部の初期位置に設定し、顕微鏡の倍率と、画面中心Ｏから水平及び垂直画面端までの距離に相当するＸ方向及びＹ方向の初期位置からの実距離との関係を表す相関テーブルとから実距離（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）を演算し、初期位置から実距離（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）間を駆動するための駆動許容パルス数（ＰＸｍａｘ，ＰＹｍａｘ）を演算しておき、駆動許容パルス数（ＰＸｍａｘ，ＰＹｍａｘ）を越えるＸ及びＹ方向ステッピングモータへのパルスの出力を制限する。エンドエフェクタの先端部が画面の画像表示範囲を越えて駆動しない。【選択図】図１０
2007030136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部で微小物体を操作する操作指を少なくともＸＹの二軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータと、
顕微鏡に装着された撮像素子で前記操作指の先端部を撮像しディスプレイに画像表示するための表示部と、
前記顕微鏡の倍率情報、前記マイクロマニピュレータに対する少なくともＸＹ軸方向の駆動指令及び前記操作指の先端部が所定位置に位置したことを表す情報を入力するための入力部と、
前記入力部から入力された少なくともＸＹ軸方向の駆動指令に基づいて、前記マイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行う駆動制御部と、
前記表示部と前記駆動制御部とを制御する表示駆動制御部と、
を備え、前記表示駆動制御部は、
前記ディスプレイに画面中心を表示させるように前記表示部を制御する表示制御手段と、
前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記画面中心に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部の位置を初期位置として設定する初期位置設定手段と、
前記入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と前記初期位置設定手段で設定された前記操作指の先端部の初期位置とに基づいて、前記操作指の先端部が前記ディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように前記駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲を制限する駆動範囲制限手段と、
を有することを特徴とする微小物体ハンドリングシステム。
【請求項２】
前記駆動範囲制限手段は、顕微鏡の倍率と前記ディスプレイに表示される画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離との相関関係を予め記憶しており、該相関関係と前記顕微鏡の倍率情報とから、前記画面中心から水平及び垂直方向画面端までに相当する前記操作指の先端部のＸ軸及びＹ軸方向の前記初期位置からの実距離を演算し、該演算された実距離を越える前記駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲を制限することを特徴とする請求項１に記載の微小物体ハンドリングシステム。
【請求項３】
前記マイクロマニピュレータは前記操作指を少なくともＸＹの二軸方向に駆動する各ステッピングモータを有しており、前記駆動制御部は前記各ステッピングモータに駆動パルスを送出することにより駆動制御を実行し、前記駆動範囲制限手段は前記操作指の先端部のＸ軸及びＹ軸方向の前記初期位置からの実距離からＸ軸及びＹ軸方向の駆動パルス数を演算し、該演算された駆動パルス数を越える前記Ｘ軸及びＹ軸駆動ステッピングモータへの駆動パルスの出力を制限することを特徴とする請求項２に記載の微小物体ハンドリングシステム。
【請求項４】
前記表示制御手段は、前記ディスプレイに前記画面中心を含む中心領域を表示させるように前記表示部を制御し、
前記初期位置設定手段は、前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記中心領域内に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が前記中心領域内に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部が前記画面中心にあるものとみなして該先端部の位置を初期位置として設定し、
前記駆動範囲制限手段は、顕微鏡の倍率、前記ディスプレイに表示される画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離、並びに、前記画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの実際の距離の相関関係を予め記憶しており、前記画面中心から水平及び垂直方向画面端までの距離をそれぞれＸ１，Ｙ１、前記画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの距離をそれぞれｘ，ｙとしたときに、前記相関関係と前記顕微鏡の倍率情報とから、前記画面中心から（距離Ｘ１−距離ｘ）までの距離に相当する前記操作指の先端部のＸ軸方向の実距離、及び、前記画面中心から（距離Ｙ１−距離ｙ）までの距離に相当する前記操作指の先端部のＹ軸方向の実距離を演算し、該演算された実距離を越える前記駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲を制限する、
ことを特徴とする請求項１に記載の微小物体ハンドリングシステム。
【請求項５】
前記マイクロマニピュレータは前記操作指を少なくともＸＹの二軸方向に駆動する各ステッピングモータを有しており、前記駆動制御部は前記各ステッピングモータに駆動パルスを送出することにより駆動制御を実行し、前記駆動範囲制限手段は前記操作指の先端部のＸ軸及びＹ軸方向の実距離からＸ軸及びＹ軸方向の駆動パルス数を演算して、該演算された駆動パルス数を越える前記Ｘ軸及びＹ軸駆動ステッピングモータへの駆動パルスの出力を制限することを特徴とする請求項４に記載の微小物体ハンドリングシステム。
【請求項６】
前記表示駆動制御部は、前記駆動範囲制限手段による前記駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲の制限を解除する駆動範囲制限解除手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の微小物体ハンドリングシステム。
【請求項７】
前記操作指は固定指と可動指とを有する把持指であり、前記表示部は、前記入力部からの入力情報に応じて、前記撮像素子で撮像した操作指の先端部の画像を回転乃至反転して前記ディスプレイに画像表示する回転／反転表示手段を有することを特徴とする請求項１に記載の微小物体ハンドリングシステム。
【請求項８】
先端部で微小物体を操作する操作指をＸＹＺの三軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータと、
顕微鏡に装着された撮像素子で前記操作指の先端部を撮像しディスプレイに画像表示するための表示部と、
前記顕微鏡の倍率情報、前記マイクロマニピュレータに対するＸＹＺ軸方向の駆動指令及び前記操作指の先端部が所定位置に位置したことを表す情報を入力するための入力部と、
前記入力部から入力されたＸＹＺ軸方向の駆動指令に基づいて、前記マイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行う駆動制御部と、
前記表示部と前記駆動制御部とを制御する表示駆動制御部と、
を備え、前記表示駆動制御部は、
前記ディスプレイに画面中心を表示させるように前記表示部を制御する表示制御手段と、
前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記画面中心に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部の位置を初期位置として設定する初期位置設定手段と、
前記入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と前記初期位置設定手段で設定された前記操作指の先端部の初期位置とに基づいて、前記操作指の先端部が前記ディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように前記駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲を制限する駆動範囲制限手段と、
を有することを特徴とする微小物体ハンドリングシステム。
【請求項９】
音声を出力する音声出力部を更に備え、前記駆動制御部は、前記マイクロマニピュレータのＺ軸に対する駆動制御を実行するときに、前記操作指の昇降に応じて異なる周波数の音声を出力するように前記音声出力部を制御することを特徴とする請求項８に記載の微小物体ハンドリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小物体ハンドリングシステムに係り、特に、先端部で微小物体を操作する操作指を少なくともＸＹの二軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータを備えた微小物体ハンドリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、微小部品の組立や細胞操作等の微小物体の操作（ハンドリング）にマイクロマニピュレータが用いられている。この種のマイクロマニピュレータは、先端部に微小物体に穿孔、切断や把持等の処理を施すエンドエフェクタを有する操作指をＸＹＺの三軸方向に駆動可能な機構を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、マイクロマニピュレータによる操作は、微小物体を肉眼で観察することが難しいため、マイクロマニピュレータの他に、位置固定され微小物体を拡大する顕微鏡、顕微鏡に取り付けられ撮像素子を有するカメラ、カメラからの画像をディスプレイに表示する表示部等を備えた微小物体ハンドリングシステムとして構成されており、オペレータは、ディスプレイに表示された拡大画像を参照して、微小物体に対するエンドエフェクタの操作を行っている（例えば、特許文献２参照）。従って、オペレータは、例えば、図１３（Ａ）に示すように、微小物体１０を操作するエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａをディスプレイの画面７ａ内のＸ軸及びＹ軸方向で移動させるように配慮してマイクロマニピュレータを操作している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９６７９号公報
【特許文献２】特開平４−３０３８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マイクロマニピュレータへのＸ軸及びＹ軸方向への駆動指令を誤って意図せずディスプレイの画面７ａ外にエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａが移動してしまうことがある（図１３（Ｂ）参照）。画面７ａから見えなくなると、平面を構成するＸ軸方向及びＹ軸方向のどの方向に操作すればエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａが画面７ａ内に戻るのか（表示されるのか）判断できないため、操作を中断し顕微鏡の倍率を下げて（図１３（Ｃ）参照）エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａをディスプレイの画面中心近傍に復帰させた後、元の倍率に戻すという作業をしなければならず、操作のストレスとなっている。
【０００６】
また、微小物体及びエンドエフェクタを拡大する顕微鏡には正立顕微鏡以外に倒立顕微鏡も用いられ、倒立顕微鏡を用いる場合には鉛直下方（Ｚ軸マイナス方向）からの観察となり、エンドエフェクタと微小物体との相対関係が正立顕微鏡を用いた場合の反対となるため、不慣れなオペレータはエンドエフェクタのＺ軸駆動方向を誤って操作し、場合によっては微小物体を損傷させてしまうこともある。
【０００７】
更に、微小物体とエンドエフェクタとの位置関係はその機構配置によって決定され、ディスプレイには微小物体とエンドエフェクタとが画像表示されるが、従来の手作業に慣れたオペレータは、例えば、利き腕と違う方向からの操作や、操作指が、エンドエファクタが装着された２本の把持指で構成され、うち１本の把持指が可動指の場合には自己の箸の使い方と異なる点等に違和感を抱きつつ操作しなければならない場合もある。
【０００８】
本発明は上記事案に鑑み、マイクロマニピュレータへのＸ軸及びＹ軸方向の駆動指令を誤っても、中断することなく操作を続行可能な微小物体ハンドリングシステムを提供することを第１の課題とする。また、オペレータに違和感のない微小物体ハンドリングシステムを提供することを第２の課題とする。更に、エンドエフェクタのＺ軸駆動方向をオペレータに報知可能な微小物体ハンドリングシステムを提供することを第３の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第１の課題を解決するために、本発明の第１の態様は、先端部で微小物体を操作する操作指を少なくともＸＹの二軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータと、顕微鏡に装着された撮像素子で前記操作指の先端部を撮像しディスプレイに画像表示するための表示部と、前記顕微鏡の倍率情報、前記マイクロマニピュレータに対する少なくともＸＹ軸方向の駆動指令及び前記操作指の先端部が所定位置に位置したことを表す情報を入力するための入力部と、前記入力部から入力された少なくともＸＹ方向の駆動指令に基づいて、前記マイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行う駆動制御部と、前記表示部と前記駆動制御部とを制御する表示駆動制御部と、を備え、前記表示駆動制御部は、前記ディスプレイに画面中心を表示させるように前記表示部を制御する表示制御手段と、前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記画面中心に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部の位置を初期位置として設定する初期位置設定手段と、前記入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と前記初期位置設定手段で設定された前記操作指の先端部の初期位置とに基づいて、前記操作指の先端部が前記ディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように前記駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲を制限する駆動範囲制限手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
第１の態様では、表示部により顕微鏡に装着された撮像素子で操作指の先端部が撮像されディスプレイに画像表示されるが、表示制御手段がディスプレイに画面中心を表示させるように表示部を制御するため、ディスプレイには把持指の先端部とディスプレイの画面中心とが表示される。オペレータは、まず、入力部から、操作指の先端部がディスプレイの画面中心に位置付けられるようにマイクロマニピュレータに対する少なくともＸＹ軸方向の駆動指令を入力する。この駆動指令に基づいて、駆動制御部がマイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行うことで、操作指の先端部はディスプレイの画面中心に位置付けられる。オペレータは、操作指の先端部がディスプレイの画面中心に位置付けられたことを視認して、入力部から操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報を入力する。これにより、初期位置設定手段は操作指の先端部の位置を初期位置として設定する。オペレータは、この時点までの任意の時刻に、入力部から顕微鏡の倍率情報を入力し、顕微鏡の倍率を変更したときは倍率情報を更新する。以降、オペレータは入力部からマイクロマニピュレータに対する少なくともＸＹ軸方向の駆動指令を入力することで、駆動制御部は、入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行うが、駆動範囲制限手段により、入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と初期位置設定手段で設定された操作指の先端部の初期位置とに基づいて、操作指の先端部がディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲が制限される。本態様によれば、駆動範囲制限手段により、入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と初期位置設定手段で設定された操作指の先端部の初期位置とに基づいて、操作指の先端部がディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲が制限されるので、入力部からマイクロマニピュレータへのＸ軸及びＹ軸方向の駆動指令を誤っても操作指の先端部がディスプレイに画像表示されるため、中断することなく操作を続行することができる。なお、表示駆動制御部が、駆動範囲制限手段による駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲の制限を解除する駆動範囲制限解除手段を更に有していれば、オペレータの希望に応じて、駆動範囲制限手段による駆動制御部の駆動制限範囲を制限するか否かを選択することが可能となる。
【００１１】
第１の態様において、駆動範囲制限手段が、顕微鏡の倍率とディスプレイに表示される画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離との相関関係を予め記憶しており、該相関関係と顕微鏡の倍率情報とから、画面中心から水平及び垂直方向画面端までに相当する操作指の先端部のＸ軸及びＹ軸方向の初期位置からの実距離を演算し、該演算された実距離を越える駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲を制限することが好ましい。このとき、マイクロマニピュレータは操作指を少なくともＸＹの二軸方向に駆動する各ステッピングモータを有しており、駆動制御部は各ステッピングモータに駆動パルスを送出することにより駆動制御を実行し、駆動範囲制限手段は操作指の先端部のＸ軸及びＹ軸方向の初期位置からの実距離からＸ軸及びＹ軸方向の駆動パルス数を演算し、該演算された駆動パルス数を越えるＸ軸及びＹ軸駆動ステッピングモータへの駆動パルスの出力を制限するようにしてもよい。
【００１２】
操作指の先端部を画面中心に位置付ける操作を緩和するために、表示制御手段は、ディスプレイに画面中心を含む中心領域を表示させるように表示部を制御し、初期位置設定手段は、駆動制御部の駆動制御により操作指の先端部が中心領域内に位置付けられるようにディスプレイに表示された後、入力部から操作指の先端部が中心領域内に位置したことを表す情報が入力されたときに、操作指の先端部が画面中心にあるものとみなして該先端部の位置を初期位置として設定し、駆動範囲制限手段は、顕微鏡の倍率、ディスプレイに表示される画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離、並びに、画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの実際の距離の相関関係を予め記憶しており、画面中心から水平及び垂直方向画面端までの距離をそれぞれＸ１，Ｙ１、画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの距離をそれぞれｘ，ｙとしたときに、相関関係と顕微鏡の倍率情報とから、画面中心から（距離Ｘ１−距離ｘ）までの距離に相当する操作指の先端部のＸ軸方向の実距離、及び、画面中心から（距離Ｙ１−距離ｙ）までの距離に相当する操作指の先端部のＹ軸方向の実距離を演算し、該演算された実距離を越える駆動制御部のＸＹ方向の駆動制御範囲を制限するようにしてもよい。このとき、マイクロマニピュレータは操作指を少なくともＸＹの二軸方向に駆動する各ステッピングモータを有しており、駆動制御部は各ステッピングモータに駆動パルスを送出することにより駆動制御を実行し、駆動範囲制限手段は操作指の先端部のＸ軸及びＹ軸方向の実距離からＸ軸及びＹ軸方向の駆動パルス数を演算して、該演算された駆動パルス数を越えるＸ軸及びＹ軸駆動ステッピングモータへの駆動パルスの出力を制限するようにしてもよい。更に、上記第２の課題を解決するために、第１の態様において、操作指は固定指と可動指とを有する把持指であり、表示部は、入力部からの入力情報に応じて、撮像素子で撮像した操作指の先端部の画像を回転乃至反転してディスプレイに画像表示する回転／反転表示手段を有するようにすれば、オペレータの利き腕や箸の用い方に合わせて回転乃至反転した画像をディスプレイに表示できるので、操作に違和感のない微小物体ハンドリングシステムを得ることができる。
【００１３】
また、本発明の第２の態様は、先端部で微小物体を操作する操作指をＸＹＺの三軸方向に駆動可能なマイクロマニピュレータと、顕微鏡に装着された撮像素子で前記操作指の先端部を撮像しディスプレイに画像表示するための表示部と、前記顕微鏡の倍率情報、前記マイクロマニピュレータに対するＸＹＺ軸方向の駆動指令及び前記操作指の先端部が所定位置に位置したことを表す情報を入力するための入力部と、前記入力部から入力されたＸＹＺ軸方向の駆動指令に基づいて、前記マイクロマニピュレータの各軸に対する駆動制御を行う駆動制御部と、前記表示部と前記駆動制御部とを制御する表示駆動制御部と、を備え、前記表示駆動制御部は、前記ディスプレイに画面中心を表示させるように前記表示部を制御する表示制御手段と、前記駆動制御部の駆動制御により前記操作指の先端部が前記画面中心に位置付けられるように前記ディスプレイに表示された後、前記入力部から前記操作指の先端部が画面中心に位置したことを表す情報が入力されたときに、前記操作指の先端部の位置を初期位置として設定する初期位置設定手段と、前記入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と前記初期位置設定手段で設定された前記操作指の先端部の初期位置とに基づいて、前記操作指の先端部が前記ディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように前記駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲を制限する駆動範囲制限手段と、を有することを特徴とする。第２の態様においても、第１の態様と同様の効果を得ることができる。
【００１４】
更に、上記第３の課題を解決するために、第２の態様において、音声を出力する音声出力部を更に備え、駆動制御部は、マイクロマニピュレータのＺ軸に対する駆動制御を実行するときに、操作指の昇降に応じて異なる周波数の音声を出力するように音声出力部を制御するようにすれば、顕微鏡が正立、倒立に拘わらず、エンドエフェクタのＺ軸駆動方向を誤って操作することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、駆動範囲制限手段により、入力部から入力された顕微鏡の倍率情報と初期位置設定手段で設定された操作指の先端部の初期位置とに基づいて、操作指の先端部がディスプレイの画像表示範囲を越えて駆動しないように駆動制御部のＸＹ軸方向の駆動制御範囲が制限されるので、入力部からマイクロマニピュレータへのＸ軸及びＹ軸方向の駆動指令を誤っても操作指の先端部がディスプレイに画像表示されるため、中断することなく操作を続行することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る微小物体ハンドリングシステムの実施の形態について説明する。
【００１７】
（構成）
＜全体構成＞
図１に示すように、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００は、定盤１に架台４を介して固定され微小物体を取り扱うためのマイクロマニピュレータ１００と、定盤１に固定されマイクロマニピュレータ１００により取り扱われる微小物体を載置するためのステージ３と、支柱が定盤１に固定されＣＣＤを撮像素子とするＣＣＤカメラ５が装着された顕微鏡２と、表示部及び音声出力部の一部としてのパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略称する。）６と、マイクロマニピュレータ１００を制御する、プログラマブル・ロジック・コントローラ（以下、ＰＬＣと略称する。）等を内蔵した駆動制御部及び表示駆動制御部としてのコントロールボックス８と、を備えている。
【００１８】
ＰＣ６には、コントロールボックス８との入出力ケーブル、液晶表示装置等のディスプレイとしてのモニタ７への出力ケーブル及びＣＣＤカメラ５からの入力ケーブルが接続されている。従って、微小物体ハンドリングシステム２００のオペレータは、モニタ７を介してステージ３に載置された微小物体１０を目視することができる。なお、モニタ７は音声出力部の一部としてのスピーカ１１を内蔵しており、スピーカ１１は、ソフトウエアで構成された音声データに従ってＰＣ６のハードウエアで構成される音声生成回路で増幅された音声を出力可能である。
【００１９】
コントロールボックス８は、マイクロマニピュレータ１００と接続ケーブル８ａで接続されていると共に、ジョイスティック、十字ボタン、○、×、△、□ボタン等を有しコントロールボックス８のＰＬＣに後述する駆動指令等のコマンド（命令）を入力するための入力部としてのコントローラ（入力装置）９に接続されている。
【００２０】
コントロールボックス８に内蔵されたＰＬＣは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭの他に、Ｄ／Ａコンバータ、Ａ／Ｄコンバータ等を有して構成されており、ＲＯＭに格納されたプログラム及びプログラムデータに従って、ＰＣ６へ動作命令を送出すると共に、コントローラ９からの入力された駆動指令を各アクチュエータ制御信号に変換して接続ケーブル８ａを介してマイクロマニピュレータ１００に送出する。なお、ＰＬＣの外部バスには図示しないアクチュエータ制御部が接続されており、このアクチュエータ制御部から各アクチュエータに駆動パルスが送出される。
【００２１】
＜マイクロマニピュレータ＞
図２及び図３に示すように、マイクロマニピュレータ１００は、大別して、操作指としての把持指（後述する固定指５０５、可動指５０７）を有し微小物体を取り扱うハンドリング部１０４と、ハンドリング部１０４をＸ、Ｙ方向に移動させるＸＹ駆動部１０１と、ハンドリング部１０４の把持指の先端部（後述するエンドエフェクタ５０５ａの先端部、図６参照）を中心としてハンドリング部１０４を回動させステージ３に載置された微小物体１０（図１参照）に対するハンドリング部１０４の把持指の先端部の姿勢方向を変更するθｚ駆動部１０２と、ハンドリング部１０４をＺ方向に移動させるＺ駆動部１０３と、を備えている。
【００２２】
マイクロマニピュレータ１００は、上述した架台４に固定される基台２０１を有している。基台２０１には、ハンドリング部１０４を、それぞれ、Ｘ、Ｙ方向に駆動するための駆動源となるＸ方向アクチュエータ２０２と、Ｙ方向アクチュエータ２０３とが互いに交差する方向に固定されている。
【００２３】
Ｘ方向アクチュエータ２０２は、エンコーダを有し正逆転可能なステッピングモータ２０２ａと、ステッピングモータ２０２ａの出力軸であってエンコーダの反対側に形成されたボールネジ２０２ｂに係合するスライダ２０２ｃと、スライダ２０２ｃが摺動可能な直進ガイドレール（不図示）と、を有する直動アクチュエータであり、Ｙ方向アクチュエータ２０３も同様に、エンコーダを有し正逆転可能なステッピングモータ２０３ａと、ステッピングモータ２０３ａの出力軸であってエンコーダの反対側に形成されたボールネジ２０３ｂに係合するスライダ２０３ｃと、スライダ２０３ｃが摺動可能な直進ガイドレール（不図示）と、を有している。
【００２４】
Ｘ方向アクチュエータ２０２のスライダ２０２ｃ、Ｙ方向アクチュエータ２０３のスライダ２０３ｃは、パンタグラフ機構２０４のＸ方向入力節（リンク）２０４ａ、Ｙ方向入力節（リンク）２０４ｂにそれぞれ固定されている。このため、Ｘ方向アクチュエータ２０２及びＹ方向アクチュエータ２０３はパンタグラフ機構２０４にＸ方向及びＹ方向の直動変位を与えることができる。
【００２５】
図４に示すように、パンタグラフ機構２０４は、上述したＸ方向入力節２０４ａ、Ｙ方向入力節２０４ｂの他に、Ｘ方向アクチュエータ２０２及びＹ方向アクチュエータ２０３からそれぞれ入力されたＸ方向及びＹ方向の直動変位を合成、拡大してＸＹ方向出力節（リンク）２０４ｊに出力するための節（リンク）２０４ｃ〜２０４ｉ及び回転対偶２０４ｋ〜２０４ｓを有している。なお、Ｙ方向入力節２０４ｂと節２０４ｄとを接続する回転対偶２０４ｋ、及び、Ｘ方向入力節２０４ａと節２０４ｃ、２０４ｅとを接続する回転対偶２０４ｐ、Ｘ方向入力節２０４ａと節２０４ｈとを接続する回転対偶２０４ｑはそれぞれ固定されている。
【００２６】
図５に示すように、パンタグラフ機構２０４は、Ｘ方向アクチュエータ２０２及びＹ方向アクチュエータ２０３と干渉しないように、これらのアクチュエータより上方に配置されている。ＸＹ方向出力節２０４ｊは平板状のベース２０５ａに固定されている。ベース２０５ａは３本の脚部２０５ｂ〜２０５ｄを有している。脚部２０５ｂ〜２０５ｄの先端部には、任意方向に回転可能な球体がはめ込まれている（図２も参照）。脚部２０５ｂ〜２０５ｄにはめ込まれた球体は、ベース２０５より広く略水平面を有する受け面２０６に接触している。受け面２０６は、Ｘ方向アクチュエータ２０２を跨ぐように４本の脚部で上述した基台２０１に固定されている。また、ＸＹ方向出力節２０４ｊの略中央には、θｚ駆動部１０２を嵌合、固定するための２つの嵌合穴が形成されている。
【００２７】
θｚ駆動部１０２はベース３０１を有している。ベース３０１からは２本の連結部材３０６が下方にロッド状に延出されている。これらの連結部材３０６は、ＸＹ方向出力節２０４ｊに形成された嵌合穴に嵌合され圧入されている。このため、ＸＹ駆動部１０１とθｚ駆動部１０２とは連結されている。また、ベース３０１には、円弧状のガイドレール３０２が固定されており、ガイドレール３０２にはこのガイドレール３０２上を摺動可能なスライダ３０３が係合されている。ガイドレール３０２の円弧中心は、ハンドリング部１０４の把持指の先端部（エンドエフェクタ５０５ａの先端部）に一致している。
【００２８】
スライダ３０３には、正逆転可能なステッピングモータ３０４と、ステッピングモータ３０４からの回転駆動を減速する図示しない第１の減速歯車列からなるギアボックス３０５とが固定されている。更に、ベース３０１にはＺ駆動部１０３（ハンドリング部１０４）側にガイドレール３０２と同心円状に円弧状壁面３０１ａが形成されており、ベース３０１の円弧状壁面３０１ａの上側には円弧状壁面３０１ａよりＺ駆動部１０３（ハンドリング部１０４）側に突出した内歯歯車３０１ｂが一体形成されている。また、ギアボックス３０５の第１の減速歯車列の出力端にはピニオン（不図示）が配設されており、このピニオンが内歯歯車３０１ｂに噛合している。このため、第１の減速歯車列で減速されたステッピングモータ３０４からの回転駆動力（回転トルク）は、第１の減速歯車列のピニオンを経て内歯歯車３０１ｂに伝達される。
【００２９】
Ｚ駆動部１０３は、正逆転可能なステッピングモータ４０１と、ステッピングモータ４０１からの回転駆動力を減速する図示しない第２の減速歯車列からなるギアボックス４０２と、ボールネジ４０３ａ、ナット４０３ｂ、スライダ４０３ｃ、ガイドレール４０３ｄ及びホルダ４０３ｅを有するＺ方向直動機構４０３とで構成されている。
【００３０】
ギアボックス４０２はθｚ駆動部１０２のギアボックス３０５と一体に構成されており、ステッピングモータ４０１はギアボックス４０２に固定されている。ギアボックス４０２の第２の減速歯車列の出力端には下方に延出されたボールネジ４０３ａが配設されている。ボールネジ４０３ａの先端部側は、ギアボックス４０２に固定されたホルダ４０３ｅに回転可能に軸支されている。ボールネジ４０３ａにはナット４０３ｂが螺合しており、ナット４０３ｂにはスライダ４０３ｃが固定されている。また、ギアボックス４０２からはボールネジ４０３ａと平行するように直進ガイドレール４０３ｄが配設されており、ガイドレール４０３ｄの先端部側はホルダ４０３ｅに固定されている。スライダ４０３ｃはガイドレール４０３上を摺動可能にガイドレール４０３に当接している。
【００３１】
図２に示すように、Ｚ方向直動機構４０３のナット４０３ｂには、ハンドリング部１０４側の先端部に貫通穴が形成された連結部材４０４が固定されている。ハンドリング部１０４は、ベース５０１の下部に形成された２つの貫通穴５１０（図６も参照）と連結部材４０４のハンドリング部１０４側の先端部に形成された貫通穴とを貫通する連結ピン５０８により、Ｚ駆動部１０３に固定されている。
【００３２】
図６に示すように、ハンドリング部１０４は、微小物体を把持するために、固定指５０５と可動指５０７との２本の把持指を有している。固定指５０５、可動指５０７には、それぞれ微小物体と接触するエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａが取り付けられている。
【００３３】
ハンドリング部１０４のベース５０１にはメータ等のアクチュエータ５０２がブラケット５０３を伴って固定されており、プレート５０４には固定指５０５が組み付けられている（固定されている）。プレート５０４は、固定指５０５が組み付けられた状態で、ベース５０１と一定の隙間を形成してベース５０１に固定されている。この隙間には長板状のレバー５０６が介在している。レバー５０６の先端部一側（Ｚ駆動部１０３の反対側）には可動指５０７が固定されており、先端部側中央には上下両方向に支点軸５０６ａが突設されている。上述した隙間は、この支点軸５０６ａがプレート５０４の軸受５０４ａとベース５０１の軸受５０１ａとに軸支されることにより画定されている。
【００３４】
レバー５０６の後端には略Ｕ字状のスリット（切り欠き）５０６ｂが形成されている。スリット５０６ｂにはアクチュエータ５０２の出力ピン５０２ａが係合している。このため、アクチュエータ５０２を駆動すると、レバー５０６が支点軸５０６ｂを中心として回動することで、固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａに可動指５０７のエンドエフェクタ５０７ａが近接ないし離間し、微小物体の把持ないし把持した微小物体の開放を行うことができる。なお、エンドエフェクタ５０５ａ及びエンドエフェクタ５０７ａは、先端同士が接触するように、固定指５０５及び可動指５０７に配設されたネジで調整可能である。
【００３５】
（動作）
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００の動作について、コントロールボックス８のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという。）を主体として説明する。コントロールボックス８に電源が投入されると、ＣＰＵは微小物体処理ルーチンを実行する。
【００３６】
なお、オペレータは、図１に示すように、ステージ３に載置された微小物体１０、ハンドリング部１０４のエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａを、顕微鏡２、カメラ５及びＰＣ６を介して、モニタ７の画面７ａ内に捉える。このとき、必要に応じて、微小物体１０及びエンドエフェクタ５０５ａの先端部を画面７ａに捉えるために顕微鏡２の顕微鏡の倍率（対物レンズの倍率）を変えるようにしてもよい。この状態で、オペレータは、コントローラ９のジョイスティック等を操作することにより、コントロールボックス８（のＰＬＣ）を介してマイクロマニピュレータ１００に、Ｘ軸方向（以下、Ｘ方向と略称する。）、Ｙ軸方向（以下、Ｙ方向と略称する。）、θｚ方向（エンドエフェクタ５０５ａの先端部を中心とするハンドリング部１０４の回動方向、すなわち、エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａの姿勢方向）、Ｚ軸方向（以下、Ｚ方向と略称する。）の駆動指令と、把持指に対するハンドリング（開閉）の駆動指令を与えて、微小物体１０とエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａとの相対関係を制御する。
【００３７】
図７に示すように、微小物体処理ルーチンでは、まず、ステップ６００で、エンドエフェクタ５０５ａを初期位置に設定するための初期位置設定処理が、初期位置設定処理サブルーチンが呼び出すことにより実行される。図８に示すように、初期位置設定処理サブルーチンでは、ステップ６０２において、ＰＣ６に対しモニタ７の画面中央を通る十字線を表示するように動作命令を送出する。これにより、モニタ７の画面７ａには、画面中央Ｏを通る十字線Ｃが表示される（図１０（Ａ）参照）。
【００３８】
オペレータは、エンドエフェクタ５０５ａの初期位置を設定するために、図１０（Ｂ）に示すように、エンドエフェクタ５０５ａの先端部が画面中心Ｏに位置するようにコントローラ９を操作する。すなわち、ＣＰＵは、ステップ６０４で駆動指令がコントローラ９から入力されるまで待機し、駆動指令が入力されると、ステップ６０６で入力された駆動指令を取り込み、次のステップ６０８においてマイクロマニピュレータ１００に対する駆動制御を実行する。
【００３９】
駆動指令には、上述したように、ハンドリング部１０４の把持指に対するＸ方向駆動指令、Ｙ方向駆動指令、Ｚ方向駆動指令、θｚ方向駆動指令、把持駆動指令等があり、コントローラ９からは駆動量も合わせて入力される。例えば、コントローラ９のジョイスティックにＸ方向駆動指令及びＹ方向駆動指令の入力が割り当てられている場合には、ジョイスティックからの入力がＸ方向駆動指令及びＹ方向駆動指令であり、ジョイスティックの倒れた角度のＸ方向成分をＸ方向駆動量、Ｙ方向成分をＹ方向駆動量とすることができる。ＣＰＵは、上記駆動指令のうちどの駆動指令が入力されたのかを判断し、入力された駆動量を駆動指令に対応するステッピングモータのパルス数に変換し、変換したパルス数（のデジタル信号）を上述した図示しないアクチュエータ制御部に送出する。アクチュエータ制御部は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、駆動指令の対象となるステッピングモータに駆動パルスを送出する。
【００４０】
＜Ｘ方向駆動＞
図２〜図４に示すように、Ｘ方向アクチュエータ２０２にアクチュエータ制御部から駆動パルスが送出されると、ステッピングモータ２０２ａは、ボールネジ２０２ｂを回転させ、スライダ２０２ｃを介して、パンタグラフ機構２０４のＸ方向入力節２０４ａを図３の水平方向（Ｘ方向）に移動させる。ここで、回転対偶２０４ｋは上述したように固定されているので、回転対偶２０４ｐの変位は、回転対偶２０４ｋ〜２０４ｓの位置をそれぞれの末尾のアルファベットをとってｋ〜ｓとしたときに、△ｋｌｐ：△ｋｍｏの相似比に拡大されて回転対偶２０４ｏに出力され、回転対偶２０４ｏを変位（移動）させる。なお、節２０４ｇ、２０４ｈ、２０４ｉは、節２０４ｃ〜２０４ｉの位置をそれぞれ末尾のアルファベットをとってｃ〜ｉとしたときに、□ｐｑｒｎ及び□ｏｓｒｎの二つの平行四辺形ループを加えるように付加されたリンクで、ＸＹ方向出力節２０４ｊの姿勢を一定に保つ機能を有している。
【００４１】
＜Ｙ方向駆動＞
Ｙ方向アクチュエータ２０３にアクチュエータ制御部から駆動パルスが送出されると、ステッピングモータ２０３ａは、ボールネジ２０３ｂを回転させ、スライダ２０３ｃを介して、パンタグラフ機構２０４のＹ方向入力節２０４ｂを図３の鉛直方向（Ｙ方向）に移動させる。ここで、回転対偶２０４ｐは上述したように固定されているので、回転対偶２０４ｋの変位は、上記同様、回転対偶２０４ｋ〜２０４ｓの位置をそれぞれの末尾のアルファベットをとってｋ〜ｓとしたときに、△ｋｌｐ：△ｏｎｐの相似比に拡大されて回転対偶２０４ｏに出力され、回転対偶２０４ｏを変位（移動）させる。
【００４２】
上述したようにＸ方向、Ｙ方向の駆動指令の入力によりパンタグラフ機構２０４のＸＹ方向出力節２０４ｊが変位（移動）すると、ＸＹ方向出力節２０４ｊには連結部材３０６を介してθｚ駆動部１０２、Ｚ駆動部１０３及びハンドリング部１０４の重量がＺ方向に作用するが、ベース２０５の脚部２０５ｂ〜２０５ｄを介して受け面２０６がその負荷を受ける。脚部２０５ｂ〜２０５ｄの先端部には任意方向に回転可能な球体がはめ込まれているため、球体が受け面２０６を転がり移動することで、パンタグラフ機構２０４にＺ方向の負荷を掛けず、低摩擦負荷の移動を可能にしている。
【００４３】
＜θｚ方向駆動＞
図５に示すように、ステッピングモータ３０４にアクチュエータ制御部から駆動パルスが送出されると、ギアボックス３０５の第１の減速歯車列の出力端に配されたピニオン（不図示）にトルクが伝達されて、スライダ３０３が、ベース３０１の内歯歯車３０１ｂに係合して遊星歯車状にガイドレール３０２に沿って回動動作する。ギアボックス３０５とスライダ３０３とは一体で、ギアボックス３０５とギアボックス４０２は一体となっており、このギアボックス４０２にホルダ４０３ｅ（Ｚ方向直動機構４０３）が固定されており、かつ、Ｚ方向直動機構４０３のナット４０３ｂに連結部材４０４が固定され連結ピン５０８でハンドリング部１０４がＺ方向駆動機構４０３（Ｚ駆動部１０３）に固定されているので、ステッピングモータ３０４が駆動すると、θｚ駆動部１０２の回動動作に伴って、Ｚ駆動部１０３及びハンドリング部１０４は一体に、ハンドリング部１０４の把持指の先端部（エンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａが接触する先端部）を中心に回動動作をする。
【００４４】
＜Ｚ方向駆動＞
図５に示すように、ステッピングモータ４０１にアクチュエータ制御部から駆動パルスが送出されると、ステッピングモータ４０１はギアボックス４０２に配設された第２の減速歯車列を介してボールネジ４０３ａを回転し、ナット４０３ｂと一体のハンドリング部１０４をガイドレール４０３ｄに沿って図５の上下方向（Ｚ方向）移動させる。また、ＣＰＵは、コントローラ９からＺ方向駆動指令が入力されると、ハンドリング部１０４を上昇させる方向（ステッピングモータ４０１の正転方向）の駆動指令か、ハンドリング部１０４を下降させる方向（ステッピングモータ４０１の逆転方向）の駆動指令かを判断し、ＰＣ６の音声生成回路を作動させる。これにより、ステッピングモータ４０１の駆動（厳密には上述したアクチュエータ制御部の駆動パルスの出力）に同期して、ハンドリング部１０４が上昇するときは、スピーカ１１から高音の音声が出力され、下降するときは、低音の音声が出力される。
【００４５】
＜把持駆動＞
図６に示すように、アクチュエータ５０２にアクチュエータ制御部からアナログ所定電圧が引加されると、出力ピン５０２ａが回動変位し、レバー５０６のスリット５０６ｂに変位が伝達され、レバー５０６は支点軸５０６ａを中心に回動する。これにより、可動指５０７のエンドエフェクタ５０７ａは、固定指５０５のエンドエフェクタ５０５ａに対し、近接、又は、離間する動きをする。従って、固定指５０５、可動指５０７の２本の把持指は、微小物体１０の把持ないし把持した微小物体１０の開放を行うことができる。
【００４６】
ステップ６０８では、以上の駆動制御が実行可能であるが、エンドエフェクタ５０５ａの初期位置を設定するためには、エンドエフェクタ５０５ａの先端部が画面中心Ｏに位置するように、オペレータがコントローラ９から少なくともＸ方向駆動指令及びＹ方向駆動指令を入力することが必要である。オペレータは、画面７ａからエンドエフェクタ５０５ａの先端部が画面中心Ｏに位置したことを視認することができる（図１０（Ｂ）参照）。
【００４７】
次に、図８のステップ６１０では、コントローラ９からエンドエフェクタ５０５ａの先端部が画面中心Ｏに位置したことを表す情報（初期位置情報）が入力されたか否かを判断する。このような入力は、例えば、コントローラ９の○ボタンが押下されたか否かを判定することにより行うことができる。否定判断のときは、エンドエフェクタ５０５ａの先端部を画面中心Ｏに位置させる操作を続行するためにステップ６０４に戻り、肯定判断のときは、ステップ６１２において、エンドエフェクタ５０５ａの先端部の位置を初期位置として設定する。換言すれば、ＣＰＵはステッピングモータ２０２ａ、２０３ａへの累計パルス数を、それぞれ（ステッピングモータ２０２ａへの累計パルス数，ステッピングモータ２０３ａへの累計パルス数）＝（０，０）に設定する。
【００４８】
次にステップ６１４では、オペレータに顕微鏡２の倍率情報の入力を促すために、モニタ７の画面７ａにメッセージボックスとインプットボックスとを表示させるように、ＰＣ６にコマンドを送出する。これにより、画面７ａには、例えば、「顕微鏡の倍率情報を入力して下さい。」とのメッセージボックスと、オペレータが倍率情報を入力するためのインプットボックスとが表示される。次のステップ６１８では、ＰＣ６から顕微鏡２の倍率情報を受信したか否かを判断することにより、オペレータによりインプットボックスに倍率情報が入力されたか否かを判断し、否定判断のときはステップ６１４に戻り、肯定判断のときは、ステップ６２０において倍率情報を取り込む。
【００４９】
次のステップ６２２では、顕微鏡の倍率（例えば、１倍のとき）と、画面７ａの画面中心Ｏから水平及び垂直方向画面端までの距離に相当するＸ方向及びＹ方向の初期位置からの実距離との関係を表し予めＰＬＣのＲＯＭに記憶されている相関テーブルを読み出す。次にステップ６２４では、ステップ６２０で取り込んだ倍率情報と相関テーブルとにより、画面７ａの画面中心Ｏから水平及び垂直方向画面端までの距離（Ｘ１，Ｙ１）に相当するＸ方向及びＹ方向の初期位置からの実距離（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）を演算する（図１０（Ａ）参照）。次いでステップ６２６では、エンドエフェクタ５０５ａの先端部を、ステッピングモータ２０２ａ、２０３ａで、初期位置から実距離（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）間を駆動するための駆動許容パルス数（ＰＸｍａｘ，ＰＹｍａｘ）を演算し、演算結果をＲＡＭに格納して初期位置設定処理サブルーチンを終了し、図７のステップ７００に進む。
【００５０】
ステップ７００では、エンドエフェクタ５０５ａの先端部を常に画面７ａ内に捉えるための駆動制御制限処理が、駆動制御制限処理サブルーチンを呼び出すことにより実行される。図９に示すように、駆動制御制限処理サブルーチンでは、ステップ７０２でモニタ７の画面７ａ内にエンドエフェクタ５０５ａの先端部を捉えて駆動することができる旨の表示を表示し、次のステップ７０４において、コントローラ９から駆動制御制限処理サブルーチンを終了する命令が入力されたか否かを判断する。肯定判断のときは、駆動制御制限処理サブルーチン及び微小物体処理ルーチンを終了し、否定判断のときは、ステップ７０６でコントローラ９から駆動指令が入力されたか否かを判断する。ステップ７０６での判断が否定のときはステップ７０２に戻り、肯定のときはステップ７０８で駆動指令を取り込み、次のステップ７１０において取り込んだ駆動指令がＸ方向及び／又はＹ方向の駆動指令か否かを判断する。
【００５１】
ステップ７１０での判断が肯定のときは、ステップ７１２において駆動指令による駆動距離を演算し、演算した駆動距離から駆動パルス数（ＰＸａ，ＰＹａ）を演算する。次にステップ７１４で、前回、ＲＡＭに記憶した累計パルス数（ＰＸｔ，ＰＹｔ）を読み出して（ステップ７２４も参照）、ステップ７１６で、ステップ７１６で読み出した累計パルス数（ＰＸｔ，ＰＹｔ）と、ステップ７１２で演算した駆動パルス数（ＰＸａ，ＰＹａ）とを合計した合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ，ＰＹｔ＋ＰＹａ）とを演算する。合計パルス数は、エンドエフェクタ５０５ａの先端部の初期位置でのパルス数を（０，０）とし、ステッピングモータ２０２ａ、２０３ａに送出したパルス数をＸ方向、Ｙ方向でそれぞれ累計したものである。
【００５２】
なお、図１０（Ａ）に示した十字線ＣをＸＹ座標系とし初期位置Ｏを原点として捉えた場合、エンドエフェクタ５０５ａの先端部の位置は、Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）が正、かつ、Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）が正の場合には第１象限に、Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）が負、かつ、Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）が正の場合には第２象限に、Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）が負、かつ、Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）が負の場合には第３象限に、Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）が正、かつ、Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）が負の場合には第４象限に存在することとなる。
【００５３】
次いでステップ７１８において、合計パルス数｛（ＰＸｔ＋ＰＸａ，ＰＹｔ＋ＰＹａ）の絶対値｝がステップ６２６で演算した駆動許容パルス数（ＰＸｍａｘ，ＰＹｍａｘ）以下かをＸ方向、Ｙ方向のそれぞれについて判断し、肯定判断のときは、ステップ７２０においてステップ７１２で演算した駆動パルス数を出力し、否定判断のときはステップ７２２において駆動許容パルス数（ＰＸｍａｘ，ＰＹｍａｘ）を越えるパルス数の出力を制限し、｛ＰＸｍａｘ−（ＰＸｔ＋ＰＸａ），ＰＹｍａｘ−（ＰＹｔ＋ＰＹａ）｝の駆動パルス数を出力する。
【００５４】
ここで、ステップ７１８での判断の前提となる全ての態様について整理すれば、（１）｛Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）の絶対値｝≦Ｘ方向の駆動許容パルス数ＰＸｍａｘ、かつ、｛Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）の絶対値｝≦Ｙ方向の駆動許容パルス数ＰＹｍａｘ、（２）｛Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）の絶対値｝＞Ｘ方向の駆動許容パルス数ＰＸｍａｘ、かつ、｛Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）の絶対値｝≦Ｙ方向の駆動許容パルス数ＰＹｍａｘ、（３）｛Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）の絶対値｝≦Ｘ方向の駆動許容パルス数ＰＸｍａｘ、かつ、｛Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）の絶対値｝＞Ｙ方向の駆動許容パルス数ＰＹｍａｘ、（４）｛Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）の絶対値｝＞Ｘ方向の駆動許容パルス数ＰＸｍａｘ、かつ、｛Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）の絶対値｝＞Ｙ方向の駆動許容パルス数ＰＹｍａｘの４態様となる。
【００５５】
上記（１）の場合は、Ｘ方向及びＹ方向共にステップ６２６で演算した駆動許容パルス数の範囲内のため、ステップ７１８での判断はＸ方向及びＹ方向共に肯定となり、コントローラ９からの駆動指令通りに駆動パルスを出力しエンドエフェクタ５０５ａの先端部を移動させてもエンドエフェクタ５０５ａの先端部は画面７ａから外れる（画面７ａの範囲外となる）ことはない。このため、ステップ７２０において、ステップ７１２で演算した駆動パルス数を出力する。図１０（Ｃ）に実線で示したエンドエフェクタ５０５ａはこの態様を表しており、より具体的には、Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）が正、かつ、Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）が負の場合を表している。
【００５６】
上記（２）の場合は、Ｘ方向については、ステップ６２６で演算した駆動許容パルス数の範囲を越えるため、ステップ７１８での判断は否定となり、ステップ７２２においてＸ方向の駆動許容パルス数ＰＸｍａｘを越えるパルス数の出力を制限し、ＰＸｍａｘ−（ＰＸｔ＋ＰＸａ）の駆動パルス数を出力する。一方、Ｙ方向については、ステップ６２６で演算した駆動許容パルス数の範囲内のため、ステップ７１８での判断は肯定となり、コントローラ９からの駆動指令通りにＹ方向の駆動パルスを出力しエンドエフェクタ５０５ａの先端部を移動させてもエンドエフェクタａの先端部は画面７ａから外れることはない。このため、ステップ７２０において、ステップ７１２で演算したＹ方向の駆動パルス数を出力する。図１０（Ｃ）に破線で示したエンドエフェクタ５０５ａはこの態様を表しており、より具体的には、Ｘ方向の合計パルス数（ＰＸｔ＋ＰＸａ）が正、かつ、Ｙ方向の合計パルス数（ＰＹｔ＋ＰＹａ）が正の場合を表している。
【００５７】
上記（３）の場合は、Ｘ方向については、ステップ６２６で演算した駆動許容パルス数の範囲内のため、ステップ７１８での判断は肯定となり、コントローラ９からの駆動指令通りにＸ方向の駆動パルスを出力しエンドエフェクタ５０５ａの先端部を移動させてもエンドエフェクタａの先端部は画面７ａから外れることはない。このため、ステップ７２０において、ステップ７１２で演算したＸ方向の駆動パルス数を出力する。一方、Ｙ方向については、ステップ６２６で演算した駆動許容パルス数の範囲を越えるため、ステップ７１８での判断は否定となり、ステップ７２２においてＹ方向の駆動許容パルス数ＰＹｍａｘを越えるパルス数の出力を制限し、ＰＹｍａｘ−（ＰＹｔ＋ＰＹａ）の駆動パルス数を出力する。
【００５８】
上記（４）の場合は、Ｘ方向については、ステップ６２６で演算した駆動許容パルス数の範囲を越えるため、ステップ７１８での判断は否定となり、ステップ７２２においてＸ方向の駆動許容パルス数ＰＸｍａｘを越えるパルス数の出力を制限し、ＰＸｍａｘ−（ＰＸｔ＋ＰＸａの駆動パルス数を出力する。一方、Ｙ方向についても、ステップ６２６で演算した駆動許容パルス数の範囲を越えるため、ステップ７１８での判断は否定となり、ステップ７２２においてＹ方向の駆動許容パルス数ＰＹｍａｘを越えるパルス数の出力を制限し、ＰＹｍａｘ−（ＰＹｔ＋ＰＹａ）の駆動パルス数を出力する。
【００５９】
次のステップ７２４では、次の駆動指令に備え（ステップ７１４参照）、出力した累計パルス数を記憶して、ステップ７０２に戻る。
【００６０】
一方、ステップ７１０での判断が否定のときは、ステップ７２６において、ステップ６０８で説明したθｚ方向駆動、Ｚ方向駆動、把持駆動等の別処理を実行してステップ７０２に戻る。
【００６１】
（作用等）
次に、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００の作用等について説明する。
【００６２】
本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００では、モニタ７の画面７ａの画面中心Ｏをエンドエフェクタ５０５ａの先端部の初期位置に設定し（ステップ６１２）、顕微鏡２の倍率と、画面中心Ｏから水平及び垂直画面端までの距離に相当するＸ方向及びＹ方向の初期位置からの実距離との関係を表す相関テーブルとから実距離（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）を演算し、初期位置から実距離（Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ）間を駆動するための駆動許容パルス数（ＰＸｍａｘ，ＰＹｍａｘ）を演算して（ステップ６２２〜６２６）、駆動許容パルス数（ＰＸｍａｘ，ＰＹｍａｘ）を越えるステッピングモータ２０２ａ、２０３ａへのパルスの出力を制限したので（ステップ７２２）、エンドエフェクタ５０５ａの先端部が画面７ａの画像表示範囲を越えて駆動しない。このため、オペレータがコントローラ９からマイクロマニピュレータ１００へのＸ方向及びＹ方向の駆動指令を誤っても、エンドエフェクタ５０５ａの先端部が常に画面７ａ内に表示される。従って、オペレータは操作を中断して顕微鏡２の倍率を下げてエンドエフェクタ５０５ａを画面中心Ｏの近傍に復帰させた後、顕微鏡２を元の倍率の戻すという作業を避けることができ、オペレータの操作に伴うストレスを解消することができる。
【００６３】
また、本実施形態の微小物体ハンドリングシステム２００では、Ｚ方向駆動において、ステッピングモータ４０１の駆動に同期して、ハンドリング部１０４が上昇するときは、スピーカ１１から高音の音声を出力し、下降するときは、低音の音声を出力する。このため、オペレータは、顕微鏡２が正立、倒立に拘わらず、コントローラ９からエンドエフェクタ５０５ａ、５０７ａに対するＺ方向駆動指令を誤って入力することを防止することができ、微小物体１０の損傷を避けることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、初期位置設定処理で、エンドエフェクタ５０５ａを画面中心Ｏに位置させる例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、初期位置設定処理において、図１１（Ａ）に示すように、画面中心を含む矩形状の中心領域Ａを画面７ａに表示し、図１１（Ｂ）に示すように、コントローラ９からエンドエフェクタ５０５ａの先端部が中心領域Ａ内に位置したことを表す情報が入力されたときに、エンドエフェクタ５０５ａの先端部が画面中心にあるものとみなしてエンドエフェクタ５０５ａの先端部の位置を初期位置として設定しておき、駆動制御制限処理において、顕微鏡の倍率、画面中心から水平及び垂直方向画面端までの実際の距離、並びに、画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの実際の距離の関係を表し予めＰＬＣのＲＯＭに記憶されている相関テーブルを読み出し、画面中心から水平及び垂直方向画面端までの距離をそれぞれＸ１，Ｙ１、画面中心から水平及び垂直方向の中心領域端までの距離をそれぞれｘ，ｙとしたときに、相関テーブルと顕微鏡２の倍率情報とから、画面中心から（距離Ｘ１−距離ｘ）までの距離に相当するエンドエフェクタ５０５ａの先端部のＸ方向の実距離、及び、画面中心から（距離Ｙ１−距離ｙ）までの距離に相当するエンドエフェクタ５０５ａの先端部のＹ方向の実距離を演算し、該演算された実距離を越えるＸ方向及びＹ方向の駆動範囲を制限するようにしてもよい。このような駆動範囲の制限は、具体的には、上記実施形態と同様に、パルス数を制限することにより行うことができる。このようにすれば、エンドエフェクタ５０５ａの先端部を画面中心に一致させる操作のストレスが緩和されるので、使い勝手のよい（操作性の高い）微小物体ハンドリングシステムを構成することができる。なお、中心領域は矩形状に限定されず、例えば、円形でもよいことは云うまでもない。
【００６５】
また、本実施形態では、カメラ５のＣＣＤで撮像された画像をＰＣ６を介してモニタ７に表示する例を示したが（図１２（Ａ）参照）、本発明はこれに制約されず、図１２（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、エンドエフェクタ５０５ａの画像を回転ないし反転して表示するようにしてもよい。このような態様では、オペレータはコントローラ９のボタンにより回転ないし反転指令を入力し、コントローラボックス８のＰＬＣがＰＣ６に回転ないし反転コマンドを送出するように構成すればよい。このようにすれば、オペレータの利き腕や箸の用い方に合わせることができるので、機構上の配置構成が定まった微小物体ハンドリングシステム２００に対して違和感の低減や違和感をなくすことができる。
【００６６】
更に、本実施形態では、駆動制御制限処理において、エンドエフェクタ５０５ａの先端部が常に画面７ａから外れることはないように制御範囲を制限する例を示したが、このような制限を解除する構成を備えていることが好ましい場合もある。このような構成では、例えば、図９のステップ７０４でコントローラ９の所定ボタンが押下されたかを判断し、肯定判断のときに制限を解除するようにしたり、図７のステップ６００の前に、駆動制御の制限をするボタンが押下されたか否かを判断し、肯定判断のときにステップ６００に進み、否定判断のときに駆動制御の制限をしない処理（例えば、図９のステップ７１８、７２２を除いた処理）を行うようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施形態では、２本の把持指を有するハンドリング部１０４を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、微小物体の形状に応じて、把持指の形状、本数やエンドエフェクタの形状を変更可能なことは云うまでもない。また、本実施形態では、可動指５０７を固定指５０５に近接させる例を示したが、双方の把持指を互いに近接させるようにしてもよい。
【００６８】
更に、本実施形態では、相関テーブルをＰＬＣのＲＯＭに予め記憶した例を示したが、相関テーブルに代えて、顕微鏡の倍率と、画面７ａの画面中心Ｏから水平及び垂直方向画面端までの距離に相当するＸ方向及びＹ方向の初期位置からの実距離との関係等の数式を記憶しておくようにしてもよい。また、ステップ６１４〜６２０の処理は、初期位置設定サブルーチン内のいずれにあってもよい（本例の場合は、駆動制御制限処理サブルーチンの実行前に行えばよい。）。
【００６９】
そして、本実施形態では、音声出力部をＰＣ６、モニタ７に配置した例を示したが、コントロールボックス８に音声出力部を配置するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明はマイクロマニピュレータへのＸ軸及びＹ軸方向の駆動指令を誤っても、中断することなく操作を続行可能な微小物体ハンドリングシステムを提供することを目的とするため、微小物体ハンドリングシステムの製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の微小物体ハンドリングシステムの概略構成図である。
【図２】実施形態の微小物体ハンドリングシステムのマイクロマニピュレータの正面図である。
【図３】マイクロマニピュレータの平面図である。
【図４】θｚ駆動部を組み付ける前のマイクロマニピュレータのＸＹ駆動部の平面図である。
【図５】マイクロマニピュレータの一部を分解して示した斜視図である。
【図６】マイクロマニピュレータのハンドリング部の分解斜視図である。
【図７】コントロールボックスのＰＬＣのＣＰＵが実行する微小物体処理ルーチンのフローチャートである。
【図８】微小物体処理ルーチンの初期位置設定処理で呼び出される初期位置設定処理サブルーチンのフローチャートである。
【図９】微小物体処理ルーチンの駆動制御制限処理で呼び出される駆動制御制限処理サブルーチンのフローチャートである。
【図１０】エンドエフェクタの先端部の駆動範囲を示す説明図であり、（Ａ）はモニタの画面に十字線が表示された状態、（Ｂ）は画面中心にエンドエフェクタの先端部が位置付けられた状態、（Ｃ）は画面とパルス数との関係を示す。
【図１１】エンドエフェクタの先端部の駆動範囲を示す他の実施形態の説明図であり、（Ａ）はモニタの画面に中心領域が表示された状態、（Ｂ）は中心領域にエンドエフェクタの先端部が位置付けられた状態を示す。
【図１２】モニタの画面に微小物体とエンドエフェクタの先端部とが画像表示された状態を示す説明図であり、（Ａ）は実施形態で微小物体とエンドエフェクタの先端部とが画像表示された状態、（Ｂ）は（Ａ）を１８０°回転させた状態、（Ｃ）は（Ａ）を上下方向で反転させた状態、（Ｄ）は（Ａ）を左右及び上下方向で反転させた状態を示す。
【図１３】従来の微小物体ハンドリングシステムにおいてモニタの画面に微小物体とエンドエフェクタの先端部とが画像表示された状態を示す説明図であり、（Ａ）はモニタが微小物体とエンドエフェクタの先端部とを捉えた状態、（Ｂ）は微小物体とエンドエフェクタの先端部とがモニタ外となった状態、（Ｃ）は顕微鏡の倍率を下げて微小物体とエンドエフェクタの先端部とを捉えた状態を示す。
【符号の説明】
【００７２】
２  顕微鏡
６  パーソナルコンピュータ（表示部の一部、音声出力部の一部）
７  モニタ（ディスプレイ）
８  コントロールボックス（駆動制御部、表示駆動制御部）
９  コントローラ（入力部）
１０  微小物体
１１  スピーカ（音声出力部の一部）
１００  マイクロマニピュレータ
２０２ａ  ステッピングモータ（Ｘ軸駆動ステッピングモータ）
２０３ａ  ステッピングモータ（Ｙ軸駆動ステッピングモータ）
４０１  ステッピングモータ
５０５  固定指
５０５ａ  エンドエフェクタ（先端部）
５０７  可動指
５０７ａ  エンドエフェクタ（先端部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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