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　

　

関連論文

1994

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

1995

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

1996

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

1997

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)

Tamio Tanikawa, Tatsuo Arai, Yoshiyuki Hashimoto: “Development of Vision System for Two-fingered Micro Manipulation,” Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, pp. 1051-1056, Sept. 7-11, 1997

 Tatsuo Arai, Tamio Tanikawa: “Micro Manipulation Using Two-Finger Hand,” Proc. Workshop on Working in the Micro- and Nano-Worlds: Systems to Enable the Manipulation and Machining of Micro-Objects(Grenoble), pp.12-19, Sept. 7-11, 1997

1998

谷川民生、新井健生：“二本指マイクロハンド用操作デバイスの開発とその制御”，日本ロボット学会誌、Vol. 16, No. 4, pp. 109-115,(1998)

 Tamio Tanikawa, Yoshiyuki Hashimoto, Tatsuo Arai: “Micro Drops for Adhesive Bonding for Micro Assemblies and Making a 3-D Structure “Micro Scarecrow”,” Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, pp. 776-781, Oct. 13-17, 1998

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 Tamio Tanikawa, Tatsuo Arai, “Development of a Micro-Manipulation System Having a Two-Fingered Micro-Hand,” IEEE Transaction on Robotics and Automation, vol.15, No. 1, pp. 152 -162, Feb., 1999

 James Nielsen, Tamio Tanikawa, Tatsuo Arai: “Design and Analysis of a 3-DOF Micromanipulator,” Proc. of the 1999 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 2183-2188, May 10-15, 1999

 Tamio Tanikawa, Tatsuo Arai, Noriho Koyachi: “Development of Small-sized 3 DOF Finger Module in Micro Hand for Micro Manipulation,” Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, pp. 876-881, Oct. 17-21, 1999

 Yoshiki Ohya, Tatsuo Arai, Yasushi Mae, Kenji Inoue, Tamio Tanikawa: “Development of 3-DOF Finger Module for Micro Manipulation,” Proc. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, pp. 894-899, Oct. 17-21, 1999

2000

 Tamio Tanikawa, Hitoshi Maekawa, Kenji Kaneko, Makoto Tanaka: “MICRO ARM FOR FEEDING AND MICRO HAND FOR ASSEMBLY ON MICRO FACTORY IN MECHANICAL ENGINEERING LABORATORY (MEL)”, Proceedings of 2000 Japan-USA Symposium on Flexible Automation, 2000JUSFA-13034, July 23-26, 2000

 Tamio Tanikawa, Hitoshi Maekawa, Kenji Kaneko, Makoto Tanaka: “Micro Arm for Transfer and Micro Hand for Assembly on Machining Microfactory”, Proceeding of 2nd International Workshop on Microfactories, pp.155 –158, Oct. 9-10, 2000

2001

 Tamio Tanikawa, Masashi Kawai, Noriho Koyachi, Tatsuo Arai, Takayuki Ide, Shinji Kaneko, Ryo Ohta, Takeshi Hirose: “Force Control System for Autonomous Micro Manipulation”, Proc. of the 2001 IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 610-615, May 21-26, 2001

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谷川民生、新井 健生：“並進３自由度を有するマイクロフィンガーモジュール、”日本ロボット学会誌，Vol. 20, No. 2，pp. 74-83、2002

Yousuke Katoh, Tatsuo Arai, Kenji Inoue, Yasushi Mae, Tamio Tanikawa, “Vision System for Micromanipulation,” Journal of Robotics and Mechatoronics，14-2，pp. 203-209、2002

Yoshihiko Koseki, Tamio Tanikawa, Noriho Koyachi, Tatsuo Arai, “Kinematic Analysis of Translational 3-DOF Micro Parallel Mechanism Using Matrix Method,” Advanced Robotics, 16-3, pp.251-264, 2002

Tamio Tanikawa, Masashi Kawai, Noriho Koyachi, Tatsuo Arai, Takayuki Ide, Shinji Kaneko, Ryo Ohta, Takeshi Hirose:“Force Control System for Autonomous Micro Manipulation”，Journal of Robotics and Mechatronics，14-3，pp.212-220、2002

Tamio Tanikawa, Motohide Ukiana, Kazuhiro Morita, Yoshihiko Koseki, Kotaro Ohoba, Kazuhiro Fujii, Tastuo Arai: “Design of 3DOF Parallel Mechanism with Thin Plate for Micro Finger Module in Micro Manipulation”, Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, pp.1778-1783, 2002