細胞配置操作用マイクロマニピュレーション技術の基礎研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655062
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 堀江 三喜男 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (00126327)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 真人 東京医科歯科大学, 生体材料研究所, 助教授 (90301803)
• Keywords: 細胞配置操作 / マイクロマニピュレーション / パンタグラフ機構 / 高分子材料 / 大変形ヒンジ / 動的位置決め誤差 / 射出成形 / マルチボディーシステム(MBS)

Research Abstract

本研究では,細胞配置操作用マイクロマニピュレーション技術に関する基礎研究を行う.具体的には,細胞の操作時の動きをおさえるための穴あきかごの製作およびマニピュレータ先端のエンドエフェクタにあたるピペットの製作を行う前に,マニピュレータ本体である大変形ヒンジとリンクの一体化高分子製パンタグラフ機構の力・トルク特性および動的位置決め精度の把握が最重要と考え,これらについて検討を行った.まず,理論的にパンタグラフ機構の出力点Eの変位と入力変位との関係式を導出している.このときのエンドエフェクタ先端の最大作業領域は50×40mmを想定している.ついで,パンタグラフ機構の対偶部における大変形ヒンジが大変形した時に生じるトルクをFEMにより解析を行っている.その際,FEMソフトウェアの一つであるANSYSによるFEMモデルを用い,各要素は'Hyperelastic 2D-8 node'で構成され,ヤング率は大変形させるためにポリプロピレンの応力-ひずみ曲線より求めている.ヒンジ部の解析では,長さを220μmとし,一方は固定端,そして他方の2点にさまざまな静的変位入力を与えて行い,ANSYSによる断面の19点のノードの応力を得て,リンク間の相対角変位に対するヒンジに働く曲げトルクを得ている.なお,動的解析で用いる各ヒンジに作用する非線形弾性変形復元トルクは,これらの非線形曲線を平均化することにより近似曲線として求めている.つぎに,FEMを用いてパンタグラフ機構のモデル化を行い,モード特性を明らかにし,パンタグラフ機構の最も低い水平横方向の固有振動数が69Hzであることから,パンタグラフ機構の駆動に用いる0^〜20Hz領域では,パンタグラフ機構の運動には固有振動数が大きく依存しないことを明らかにするとともに,MBS解析によるパンタグラフ機構のモデル化および動特性の検討を行っている.さらに,表面実装を想定した出力点Eの二つの軌跡を与えて,動的出力変位誤差を明らかにし,出力点Eの軌跡を変化させることにより,出力変位誤差を減少させることができることを示している.

Research Products

• [Publications] 石井佑樹, チュンメルトーマス, 堀江三喜男, 中村真人: "大変形ヒンジとリンクからなる2自由度パンタグラフ機構の静・動特性"日本機械学会 機素潤滑設計部門講演会 講演論文集. (発表決定). (2003)