显微视觉力觉控制的生物微操作系统研究

论文摘要

在现代生物医学工程研究中,如对克隆、转基因动物的研究,通常是对细胞进行显微切割和显微注射等操作。现有的显微操作大都由操作者借助显微镜手工完成,操作的成功率和工作效率很大程度上受操作者的工作状态、熟练程度等人为因素影响,常常会因用力过猛而使得细胞被整个扎穿,既浪费资源,又浪费时间和精力。本文研究的目是为了构建一个性能可靠、操作简便的显微操作系统,使操作成功率、工作效率能够大幅度提高。本文的工作包括:1.对显微视觉力觉控制生物微操作系统进行全面的综述。并简单介绍了本文的研究内容。2.描述生物微操作系统的特点,并对系统的各个组成部分进行详细的介绍。3.提出了一种新的标定方法——误差矩阵法。通过构建成像系统的成像模型,利用误差矩阵法对系统进行标定,并对误差标定结果进行了实验验证。4.利用聚焦—失焦的方法来获得深度信息。通过图像处理技术对操作目标识别分析,利用构建的F函数计算灰度值的变化情况,最后通过三步法得出操作对象深度信息。5.针对微操作的特点,建立了显微视觉伺服控制方程。6.利用PVDF薄膜制作微力检测装置,该装置采用巧妙的结构设计,通过标定后,可以实现对微牛级力的检测。7.通过细胞注射实验检验了系统的可行性和优势性。本文为微操作系统的研究提供了可以借鉴的理论和实践经验,特别是在生物微操作技术方面具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微操作系统研究的背景及意义
• 1.3 微操作系统的研究现状
• 1.3.1 微操作系统在微装配中的应用
• 1.3.2 微操作系统在生物微操作中的应用
• 1.4 选题依据和研究内容
• 第2章 显微视觉力觉控制生物微操作系统的组成
• 2.1 引言
• 2.2 生物微操作系统特点和应具备的功能
• 2.2.1 生物微操作的特点
• 2.2.2 生物微操作系统应具备的功能
• 2.3 显微视觉力觉控制生物微操作系统的组成
• 2.3.1 显微视觉系统
• 2.3.2 机械手系统
• 2.3.3 力觉系统
• 2.3.4 其他组件
• 2.4 小结
• 第3章 生物微操作系统的标定
• 3.1 引言
• 3.2 生物微操作系统的标定
• 3.2.1 标定的内容
• 3.2.2 常用的显微视觉系统的标定方法
• 3.2.3 视觉雅可比矩阵的标定
• 3.2.4 微操作系统的标定
• 3.2.5 标定结果
• 3.3 误差矩阵标定的结果分析
• 3.3.1 误差产生原因
• 3.3.2 减小标定误差的措施
• 3.4 小结
• 第4章 显微视觉系统深度信息的获得
• 4.1 引言
• 4.2 深度信息的获得方法
• 4.2.1 图像聚焦-失焦原理
• 4.2.2 深度信息获得算法
• 4.3 实验结果
• 4.4 小结
• 第5章 显微视觉系统的视觉伺服控制
• 5.1 引言
• 5.2 视觉伺服系统的建模
• 5.2.1 机械手视觉伺服控制方式分类
• 5.2.2 机械手伺服控制方程的建立
• 5.2.3 特征点跟踪
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 小结
• 第6章 生物微操作系统的力觉控制
• 6.1 引言
• 6.2 微力检测传感器
• 6.2.1 PVDF膜片压电效应理论模型
• 6.2.2 微力检测传感器的结构设计
• 6.2.3 放大器的设计
• 6.3 PVDF薄膜及传感器的标定
• 6.3.1 PVDF膜片硬度系数的标定
• 6.3.2 PVDF微力检测传感器的标定
• 6.4 标定结果
• 6.5 小结
• 第7章 显微视觉力觉控制的细胞注射实验
• 7.1 引言
• 7.2 细胞注射实验
• 7.2.1 实验的准备工作
• 7.2.2 实验结果及分析
• 7.3 小结
• 总结与展望
• （1）. 本文的主要成果
• （2）. 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录
• 致谢