面向生物医学工程的微操作机器人系统

1 应用领域及主要用途 微操作机器人是用于生物医学工程领域的机器人系统,它提供了一种重要的新型自动化实验设备。其功能是对微米级生物体进行自动操作,如细胞注射、染色体切割、胚胎样本提取等。2 立项研究背景 随着现代生物医学研究深入到细胞水平,微操作技术在生物工程中的作用日益重要。对这类微操作实现自动化和提高操作质量的要求也日益迫切,机     

中国开发出可为细胞"打针"微操作机器人

只需要点击几下鼠标，一种新型的微操作机器人就会自动为直径只有几微米的牛肺细胞“打”上一针，之后细胞就会在１分钟内完成基因转化。 生物和医学试验中的显微注射过程，是生物领域中研究、培养转基因动物的一个重要环节，操作精度要求极高。以往这样的操作由手工进行，成功率极低。这种微操作机器人可以替代手工，给厚度只有几微米的细胞打针，还可以成功地进行染色体的切割、细胞分离、细胞融合等操作，这些功能的实现将会对生物工程、转基因动物研究工作的发展起到促进作用。 设计这种机器人的南开大学机器人与信息自动化研究所的卢桂…     

微装配机器人系统研究与实现

提出了一种基于显微视觉伺服和多机械手协同操作的微装配机器人系统,该系统由微操作机械手、显微视觉和微夹持器3部分构成.介绍了系统总体结构、三机械手协同操作微装配平台、双光路立体显微视觉、2种不同类型的微夹持器装置,以及面向微装配机器人的TSB分级智能控制方法.装配实验表明:该系统能实现对亚毫米零件的精密装配.     

基于MR-6的批量胚胎细胞运动的自动追踪算法

基于MR-6微操作机器人研究胚胎细胞运动过程的自动追踪.利用显微系统的光学特性,设计了胚胎细胞迁移的自动追踪算法和感兴趣区域细节信息的自动获取策略.以鸡胚胎的原肠胚形成为模型进行自动化实验,结果表明,利用该算法可获取批量胚胎细胞的运动参数,实现胚胎细胞整体运动趋势分析.     

面向生物工程实验的微操作机器人

本文讨论了一台面向生物工程应用的微操作机器人系统的结构、功能和关键技术．首先，给出了它的硬件体系结构和逻辑结构，它由传感系统，控制系统和操作系统组成．其中传感系统由显微镜和ＣＣＤ摄象系统组成．其次，对微操作机器人系统的关键技术进行详细讨论．显微视觉是最主要的一项技术，基于此技术完成了两项功能，即微针的纵向定位和自动寻针．最后，给出了微操作机器人在生物ＰＣＲ反应实验中的一个成功的应用实例，证明了上述系统的有效性．     

基于改进Smith预估器的显微视觉伺服

提出了一种改进Smith预估器的模糊白适应PID显微视觉伺服控制策略.该策略用于改善视觉伺服系统的控制品质.针对视觉迟延问题,建立了视觉伺服系统的分时模型.在对基于位置的动态“look and move”视觉伺服系统特性分析的基础上,建立了基于改进的Smith预估器的模糊自适应PID控制的视觉伺服系统结构.在微操作机器人平台上进行了微小零件的自动定位与抓取实验.实验与仿真结果表明,提出的视觉控制结构的伺服系统具有很好的控制品质,满足微操作应用要求.     

基于自动调焦显微视觉的MEMS运动测量技术

为了对微机电系统(MEMS)的机械动态性能进行测试,结合自动调焦、机器显微视觉和频闪照明成像等多项技术,设计了基于自动调焦显微视觉的MEMS动态测试系统,可进行MEMS平面运动和离面运动的测量。该文介绍了系统的设计组成和关键技术,并针对系统做了验证性实验。实验结果表明,平面亚像素位移算法的匹配精度可达1/50个像素,在系统25倍的放大倍率下,平面刚体运动测量分辨率达到7.2nm×8.3nm;自动调焦过程迅速,焦平面定位精确,离面运动测量分辨率达到0.1μm。     

基于机器视觉的目标跟随六足机器人

针对智能机器人控制领域的机器视觉中的目标跟踪问题与机器人运动控制方法研究,设计实现了一款基于机器视觉的目标跟随六足机器人,该系统的机器视觉目标跟踪算法为TLD(tracking-learning-detection)算法,采用stm32嵌入式处理器驱动32路舵机控制板控制机器人运动,并设计实现了一种小型自动火控装置用于锁定目标后的定位打击.该系统融合了六足机器人运动学和机器视觉目标跟踪技术,对六足机器人步态进行研究,根据目标视觉导航,精确锁定目标,对目标进行瞄准打击做出了详细的设计实现工作.     

基于模糊自适应PID控制的机器人运动控制仿真研究

通过对机器人运动控制的研究,确立机器人控制系统的运动模型,将运动控制系统的动力特性和控制特性相结合,给出了基于模糊自适应PID控制的机器人控制方法,使机器人能够精确地实现点到点以及任意转角的运动控制。利用Matlab进行仿真实验,结果表明本文所研究的运动控制方法切实可行,能够满足机器人运动控制方面的设计需求,同时也能提高对机器人控制的精度和准确性。     

机器视觉算法在码垛机器人中的应用

机器视觉是机器人应用的一个重要方向,码垛机器人已经越来越多的应用在物流生产线的各个方面,但是普通的码垛机器人无法适应现代物流仓储种类多、位置偏差大的特点。介绍了一种应用机器视觉实现柔性生产的码垛机器人系统,该系统主要由机器人系统、机器视觉系统、夹手工具、传输线、工控机系统、位置传感器等组成,关键技术包括码垛机器人码垛算法和机器视觉系统标定算法的实现,并编写了相应的算法程序和控制程序,经过严格测试可适应传输线上不同种类、不同位置的货物类型,并实现对这些货物的自动判断,适应货物位置自动调整并实现自动抓取货物。目前该系统已经在学校的物流实训室得到了应用,满足了学校教学的要求,对工业生产有一定的指导作用。     

模块化自重构机器人蠕虫构型的运动控制

提出了一种采用相对方位系数与标准构型步态控制表结合的控制策略,对由n(n≥4)个模块组成、模块放置方位变化的自重构机器人蠕虫构型进行运动控制.利用模块之间的分布式通信和上位机主控相结合的通信方式,构型中的各个模块根据与相邻模块的相对方位关系和标准步态表自行决定自身的运动序列,可以对蠕虫机器人进行实时控制.对2组由不同数目、不同方位模块组成的蠕虫构型的运动控制进行了实验.实验结果表明:该方法实现简单,可以针对模块数目不定、方位可变的自重构机器人蠕虫构型进行实时运动控制.     

基于Clipper的3-TPS混联机器人运动轨迹控制

针对3-TPS混联机器人的空间运动性能要求及自身的结构特点,提出了一种基于Clipper的3-TPS混联机器人开放式数控系统.为了解决该机器人的运动摆头与回转工作台间角度的耦合及由工作台运动造成的工具编程点位置的变化等关键问题,建立了混联机器人运动学位置逆解数学模型.在构建基于Clipper的3-TPS混联机器人数控系统硬件平台基础上,将该机器人的运动学逆解数学模型转换为位置运动控制算法,并在球面上进行了螺旋轨迹实验验证.空间运动轨迹的理论与实验分析结果表明:所设计的数控系统能满足3-TPS混联机器人的控制要求,其运动模型及控制算法正确、可行.     

存在视场丢失的机器视觉精度补偿方法

无论Eye-in-Hand或Eye-to-Hand型式的机器视觉控制系统,均存在视场受限、丢失等情况,从而无法在一定距离、角度内对目标进行在线视觉测量,进而无法建立全闭环的伺服控制.基于Eye-in-Hand型式的机器视觉控制系统,以及最短测量距离Lmin,提出一种闭环与开环相结合的伺服控制系统:即测量距离大于Lmin时为位置反馈型闭环控制的原位调姿,在测量距离小于Lmin时为位置给定型开环控制,机器人以相对线性运动进给到目标位置.针对该过程中的偏移问题,提出了前馈补偿模型,即利用前期运动数据对运动误差进行估计.实验证明,该方法能有效地补偿定位误差.     

具备多操作手协调的微装配机器人系统

针对微零件装配工艺需要，研制了一种具备多操作手协调工作的微装配机器人系统．该系统包括2个四自由度的主微操作手和1个三自由度的辅助微操作手，三手各司其能，相互配合完成微装配作业．采用双光路正交立体显微视觉完成微装配过程的监测以及操作手和装配对象空间位置与姿态信息的获取．根据微零件形状、大小和材质的差异，研制了真空吸附式和压电双晶片式微夹钳完成装配对象的夹取与放置操作．采用人机交互的半自主方式控制机械手进行微装配作业．微装配实验证明系统工作可靠有效，目前微零件最小装配精度可达30μm．     

半智能排爆机器人单手双目手眼系统的研究

针对目前排爆机器人手动控制方式的不足,研究和开发了一个单手双目手眼系统用于半智能排爆机器人的自动控制.单手双目手眼系统是半智能排爆机器人的重要组成部分和关键技术,该视觉系统利用双目立体视觉原理,采用Matlab7.0作为运算引擎,调用机器视觉处理软件EVision6.2中的EasyMatch模式匹配库进行立体图像匹配,能实时捕获排爆机器人周围的图像信息、进行摄像机标定、图像预处理、立体图像匹配、确定机器人未端手爪与可疑目标物的相对位置坐标,并把图像实时显示在控制台,自动控制手臂靠近并准确地抓取可疑目标物.该半智能排爆机器人成功地抓取实验,表明了该立体视觉系统在精度上能够满足半智能排爆机器人的项目要求.     

基于电磁驱动的蠕动型微机器人的运动机理

根据仿真学原理开发了一种电磁驱动的蠕动型微机器人,利用计算机和机电控制系统对微机器人运动进行控制,叙述了微机器人的结构,对其运动机理进行了分析和探讨,介绍了运动控制电路,并进行运动性能的实验分析,实验表明,它能在直径小于１０ｍｍ的管道内自行移动,携带内窥镜、ＣＣＤ器件、照明系统进行管内目视检查作业,该研究成果对发展微机器人技术有积极的参考价值。     

基于电磁驱动的蠕动型微机器人运动机理

根据仿生学原理开发了一种电磁驱动的蠕动型微机器人,利用计算机和机电控制系统对微机器人运动进行控制.叙述了微机器人的结构,对其运动机理进行了分析和探讨,介绍了运动控制电路原理,并进行运动性能的实验分析.实验表明,它能在直径小于10 mm的管道内自行移动,携带内窥镜、CCD器件、照明系统进行管内目视检查作业.该研究成果对发展微机器人技术有积极的参考价值.     

基于机器视觉的大型管道自动焊接系统

针对大型长输管道(直径≥1 200mm)现场施工条件下对接环形焊缝焊接精度要求高、作业环境恶劣等问题,采用机器视觉、弧压跟踪、倾角检测技术使焊接专用机器人自主跟踪并规划焊接路径,自动调整弧压、电流等焊接参数,实现大型长输管道环焊缝全位置自动焊接。经实际应用表明,可显著提高焊接质量和效率,减轻操作人员劳动强度,减少可能的事故性损失。     

基于电磁驱动的蠕动型微机器人运动机理

根据仿生学原理开发了一种电磁驱动的蠕动型微机器人,利用计算机和机电控制系统对微机器人运动进 行控制．介绍了微机器人的结构,对其运动机理进行了分析和探讨,介绍了运动控制电路原理,并进行运动性能的 实验分析．实验表明,它能在直径小于10mm的管道内自行移动,携带内窥镜、CCD器件、照明系统,进行管内目视 检查作业．该研究成果对发展微机器人技术有积极的参考价值．     

基于机器视觉的音叉式表晶谐振裸片分选方法研究

针对表面未被银的32768Hz手表用晶体谐振音叉裸片自动检测分选的要求,提出了一种基于机器视觉的晶片自动上料及分选方法并实现了相应的系统,介绍了分选系统的总体结构,着重阐述了视觉分选模块的工作原理,讨论了相应的机器视觉处理算法.实验结果表明该方法能有效地检测音叉片相应外观参数,达到自动分选的目的.