基于体视微操作系统的标定及伺服控制研究

发布时间：2020-06-28 08:56

【摘要】：科学技术不断发展进步,人类对微观领域的研究不断深入,微操作系统作为一种重要的研究工具越来越广泛地应用于该领域的研究中。所谓微操作,即通过某种控制手段对微米级以及更小尺寸量级的目标微物体进行移动,装配,定位等一系列操作的行为,而完成整套操作任务的设备统称为微操作系统。现如今,随着生物医学、微电子、纳米科技等领域地发展日渐成熟,对微操作系统的要求越来越高。为了满足需求,将微操作平台与机器视觉结合构成了基于双目视觉的微操作伺服控制系统。该系统拥有完善的自动控制反馈环节并可以与外界环境进行智能的信息交换,是如今微操作领域研究的重点课题。本文围绕微操作系统的伺服控制问题进行了整体系统规划,主要包括:显微视觉模块、运动控制模块,并针对这两大模块进行了重点研究。基于体式微操作系统伺服控制主要包括:显微系统下双目摄像机标定、微操作系统的全局标定、图像校正与立体匹配、伺服定位与控制。首先,针对显微系统复杂的光路关系,本文分析了光学显微镜的成像模型,并提出了一种适用于体视显微镜的摄像机标定模型。并推导出显微下双目摄像机标定的内外参数及畸变参数的求解方法,提出了优化模型。在VS2010编译环境下调用OpenCV相关数据库进行标定实验,验证了所提模型算法的实用性。然后,针对在微操作系统复杂环境下如何准确获取目标微物体位置信息的问题,在完成显微系统双目视觉标定的前提下,结合宏观机械手Eye-in-Hand系统理论,提出了微操作系统的全局标定策略,并对目标进行立体匹配获取目标的特征信息。然后设计了伺服控制器并用李雅普诺夫方法验证了控制器的稳定性。最后搭建了微动平台,分别完成了微操作系统全局标定实验与极限校正实验。然后在VC++编译环境中编写了MFC控制界面,读取之前实验获得的参数信息(包括:摄像机标定参数、系统标定参数、微物体特征信息和位置信息等)完成对微物体的伺服定位及控制实验。实验表明,体式微操作伺服控制系统具有精度高,对环境具有较强适应力等优点,能够满足微操作领域研究的需要,有很好的实用性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TH742
【图文】：

微零件装配系统

- 4-图 1-2 20 自由度微操作系统大多伦多大学的Nikolai Dechev等人将机械手系统中的Eye-to-Hand系作系统中，搭建了一个拥有五个自由度的微操作平台[18-21]。如图 1-3 所目标图像信息由上位机完成对机械手和工作台的控制，完成装配任务自由装备 3D 弹簧微圈，装备结果如图 1-4 所示。1-6 是日本东京大学研发的用于细胞操作的三自由度微操作系统[22-24]。个上位机分别用于微操作平台的伺服控制和图像信息的处理。显微镜体式显微镜。在该系统下，可完成对运动细胞的追踪和聚焦任务。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 叶峰;王敏;陈剑东;洪峥;赖乙宗;;共面点的摄像机非线性畸变校正[J];光学精密工程;2015年10期

2 李惠光;王帅;沙晓鹏;邵暖;李峰;;显微视觉系统中自动聚焦技术的研究[J];光电工程;2014年08期

3 雷铭哲;孙少杰;陈晋良;陶磊;魏坤;;基于OpenCV的CCD摄像机标定方法[J];火力与指挥控制;2014年S1期

4 黄心汉;;微装配机器人系统研究与实现[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年S2期

5 许辉焱;赵现朝;高峰;张建政;;基于六维微位移传感器的并联微操作台全闭环控制[J];传感器与微系统;2009年04期

6 陈国良;黄心汉;周祖德;;微装配机器人系统[J];机械工程学报;2009年02期

7 陈国良;黄心汉;王敏;;面向微装配的显微视觉伺服[J];机械工程学报;2008年02期

8 吕遐东;黄心汉;蔡建华;;具备多操作手协调的微装配机器人系统[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年11期

9 段瑞玲;段惠波;李庆祥;李玉和;杨再华;;基于图像处理的微装配自动调焦系统[J];光学精密工程;2006年03期

10 赵玮,于靖军,毕树生,宗光华;串并联微操作机器人系统的研究[J];北京航空航天大学学报;2001年06期

相关博士学位论文 前1条

1 于保军;基于显微视觉的微操作系统及其伺服控制研究[D];吉林大学;2008年

本文编号：2732821