面向细胞生长支架组装的微纳操作机器人多探针识别与跟踪

发布时间：2017-04-10 08:11

  本文关键词：面向细胞生长支架组装的微纳操作机器人多探针识别与跟踪，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：微纳操作机器人系统是指对微米、亚微米与纳米尺度上的物体进行高精密操作任务的机器人系统。它的出现为电子、信息、材料、先进制造与生物医学等领域的技术发展提供了新契机和技术途径。目前人体功能器官衰竭与组织缺失是当前发病率最高且具威胁性的医疗难题,通过基于跨尺度微纳操作机器人系统协同操作的自动化组装方法,为提供200微米尺度结构且具有生物学意义的人工三维组织的开发提供新理论,也为微纳机器人与生物医学相融合提供了可供借鉴的思路。显微视觉伺服作为微纳操作机器人系统协同操作的自动化组装的主要控制手段,成为微纳操作领域的研究热点,具有重要的研究价值。主要研究内容如下:首先,基于组织工程自下而上型三维细胞结构的构建理论,提出一种细胞化二维微结构组装单元的片上加工方法,通过使用生物兼容水凝胶与细胞混合溶液,以紫外曝光的形式在微流道芯片中实现水凝胶的光交联反应,从而生成二维微结构单元并将其作为微组装对象。通过微操作器末端探针与二维微组装单元重复按压式操作的组装单元拾取方法,实现管状结构的组装任务。其次,提出基于离焦特性的显微自动聚焦方法用于微操作过程中清晰聚焦图像的获取,并得到二维微组装单元与微操作器末端探针的相对深度。第三,根据微组装对象的特点,考虑目前成熟的目标识别算法,针对目标与针尖未遮挡时选取了基于轮廓面积的方法,针对目标发生部分遮挡情况,提出基于目标部分轮廓信息重新拟合还原真实轮廓信息的识别方法,实验证明该方法具有较高的识别率。最后,通过微操作器末端探针与二维微组装单元重复按压式操作的组装单元拾取方法,实现管状结构的组装任务。针对该任务中显微视觉反馈中出现末端探针与二维微组装单元低对比度、图像特征信息单一的特点,提出了基于水平集的粒子滤波跟踪算法用于解决接触式按压组装中发生末端探针与二维微组装单元发生视觉遮挡使得针尖跟丢情况。
【关键词】：自动聚焦 微组装 目标识别 目标跟踪 粒子滤波
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 本论文研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-15
• 1.2.1 微纳操作机器人系统主要研究内容11-12
• 1.2.2 微纳操作机器人系统的发展现状12-15
• 1.3 本文的主要研究内容及结构15-17
• 第2章 跨尺度微组装机器人17-21
• 2.1 引言17
• 2.2 面向细胞生长支架组装的微纳操作机器人系统17-19
• 2.3 二维细胞微结构设计与加工19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 显微自动聚焦21-33
• 3.1 引言21
• 3.2 显微自动聚焦方法21-22
• 3.3 显微聚焦的评估22-25
• 3.4 实验结果25-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 微操作目标的识别33-52
• 4.1 引言33-34
• 4.2 目标识别方法34-35
• 4.3 基于轮廓信息特征的目标识别35-36
• 4.4 实验仿真结果36-51
• 4.4.1 未发生目标遮挡情况下的目标识别36-37
• 4.4.2 遮挡情况下的目标识别37-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 微操作器的跟踪52-70
• 5.1 引言52
• 5.2 目标跟踪算法52-56
• 5.3 粒子滤波56-58
• 5.4 水平集58-63
• 5.5 显微视觉伺服63-64
• 5.6 实验仿真结果64-69
• 5.7 本章小结69-70
• 第6章 总结和展望70-71
• 6.1 总结70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 攻读学位期间发表的学术论文目录77

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本文编号：296271