基于微小型机器人的显微操作系统关键技术研究

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1、工程硕士学位论文基于微小型机器人的显微操作系统关键技术研究作者姓名兰玉兵工程领域控制工程校内指导教师吴玉香教授校外指导教师魏维高级工程师所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2018年3月ResearchonKeyTechnologiesofMicroManipulationSystemBasedonMicro-robotADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LanYubingSupervisor：Prof.WuYuxiangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou

2、,China分类号：TP242学校代号：10561学号：201521013559华南理工大学硕士学位论文基于微小型机器人的显微操作系统关键技术研究作者姓名：兰玉兵指导教师姓名、职称：吴玉香教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：控制工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：机电一体化论文提交日期：2018年3月20日论文答辩日期：2018年3月21日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：狄狰委员：莫鸿强王孝洪杜启亮田联房摘要随着科学技术的发展，人们对微观领域的探索不断深入，研究对象逐渐往小型化的趋势发展，

3、通过人工的方式已经难以实现对微细物体的精确操作，且人工操作存在劳动强度大、效率低、重复性差等缺点。因此，研制一套效率高、易于使用的自动化显微操作系统具有重要的现实意义。在本文中，根据显微操作任务的精度要求，设计了一套基于微小型机器人的显微操作系统，并对所涉及的关键技术进行了研究分析。其中，微小型机器人按机械结构可以分为平面运动模块和纵向运动模块，平面运动模块通过压电陶瓷和线圈的配合，可以实现平面范围内前进后退、左右转弯以及原地旋转运动；纵向运动模块通过步进电机和精密丝杆的配合，可以实现微操作工具在纵向方向上精确的上下运动。对全局视觉系统中涉及到的关键技术进行研究分析。首先，

4、设计了一种基于识别板和YUV颜色空间的机器人位姿测量方法，实现了在全局视野下机器人的精确定位；然后，设计一种基于直线运动路径规划和微操作工具末端搜索相结合的方法，实现了自动引导机器人进入显微视野的观测范围；最后，采用最小二乘法实现了全局摄像机的标定。对显微视觉系统中涉及到的关键技术进行研究分析。首先，提出了一种基于模板匹配的粗定位和基于外轮廓检测的精定位相结合的方法，实现了微操作工具末端的精确定位；然后，提出了一种基于小波变换的图像清晰度评价函数，在此基础上，设计了粗调和精调相结合的自动聚焦搜索算法，使微操作工具能够快速、准确的完成自动聚焦过程，克服了采用手动方式进行调焦存

5、在精度低、速度慢等缺点；最后，提出了一种基于点扩散参数辨识的方法，实现了微操作工具的深度信息提取，进而拓展了机器人在纵向方向上的操作空间。关键词：显微操作系统；微小型机器人；图像处理；机器视觉；自动聚焦IAbstractWiththedevelopmentofmodernscienceandtechnology,moreandmorestudiesinvolveinthemanipulationofmicroobject.Atpresent,mosttaskofmicromanipulationisstillrelyonmanualoperation,andthedefec

6、tsofmanualoperationincludelowsuccessrate,weakrepeatabilityandsoon.Inordertoovercomethedefectscausedbymanualoperation,ithasgreatsignificancetodesignanefficientandeasyoperatedautomatedmicromanipulationsystem.Aimedattheissueoftheprecisionofmicro-handling,amicromanipulationsystembasedonmicro-r

7、obotisestablishedinthispaper,includingplanarmotionmoduleandverticalmotionmodule.Theplanarmotionmodulecanachievethemovementinalldirectionsontheplanethroughthecooperationofpiezoelectricceramicandelectromagnet.Andtheverticalmotionmoduleadoptssteppermotordrivethes