智能制造中的微操作/微装配系统基础技术研究

论文题目: 智能制造中的微操作/微装配系统基础技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械电子工程

作者: 王化明

导师: 朱剑英

关键词: 微操作,微装配,局部特征,目标识别,视觉伺服,微型夹持器

文献来源: 南京航空航天大学

发表年度: 2005

论文摘要: 智 能 制 造 中 的 微 操 作 / 微 装 配 系 统 , 作 为 微 机 电 系 统 (MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)的核心,是微细智能制造的重要实现手段,得到了越来越多的重视和应用。本文在国家自然科学基金重大项目“支持产品创新的先进制造技术中的若干基础研究”(项目批准号:59990470)及自然科学基金项目“智能微机电系统视觉/力觉/位移混合检测与控制技术”(项目批准号:50275078)的资助下,根据调研结果及应用需求建立了应用于微细智能制造的微操作/微装配系统。论文的主要工作及创新点如下: 1.提出了基于切矢转角局部特征的目标识别与定位算法。以自然参数化的边缘曲线上相邻点切矢之间的转角为计算依据,通过对图像与模板的特征曲线进行比较,实现了模板的初步定位。以模板相对于图像的变换参数为变量的目标函数,对目标函数进行最小化,实现了模板的亚像素定位。模板上被遮挡的边缘像素点通过其与图像上最近的边缘像素点之间的距离来确定,由于该点不反映在目标函数中,从而不会影响模板的定位精度。为了满足对三维目标不同深度特征进行观察的需要,在显微视觉系统中增加了局部自动聚焦的功能。 2.采用了 CMAC 神经网络与 PD 控制器结合控制的方法,由 CMAC 神经网络产生前馈输出,PD 控制器产生反馈输出,实现了由图像空间的误差信号向任务空间的控制信号的转换,避免了图像雅可比矩阵的不断调整及其复杂的求逆过程。 3.根据有限元方法对应力、应变所进行的仿真分析,设计并制作了由压电陶瓷堆驱动、基于柔性铰链放大机构的微型夹持器。压电陶瓷堆产生的微小位移由柔性铰链放大机构放大,形成微型夹持器指尖的大范围、高精度的运动。并通过轴孔装配试验对微型夹持器的性能进行了验证。 4.建立了应用于微细智能制造的微操作/微装配系统,并以 Visual C++6.0 和MIL7.5 为开发环境,实现了微操作/微装配系统的控制系统软件。

论文目录:

摘要

Abstract

图、表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 微机电系统

1.1.2 微操作/微装配在微机电系统中的作用

1.2 微操作/微装配的特点

1.3 微操作/微装配分类

1.3.1 串行微装配

1.3.2 并行微装配

1.4 国内外微操作/微装配的研究现状与趋势

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.4.3 研究趋势

1.5 研究意义及主要内容

1.5.1 本文的研究意义

1.5.2 本文的主要内容

第二章 微操作/微装配系统构建

2.1 微操作/微装配系统调研

2.2 典型的微操作/微装配系统组成

2.3 微操作/装配系统总体结构

2.4 本章小结

第三章 自动聚焦及目标识别定位方法

3.1 显微图像的特点

3.2 自动聚焦

3.2.1 聚焦度量

3.2.2 搜索

3.2.3 应注意的问题

3.3 目标识别方法概述

3.4 基于局部特征的目标识别与定位方法

3.4.1 Canny 边缘检测

3.4.2 边缘曲线等弧长参数化

3.4.3 特征曲线

3.4.4 特征曲线比较

3.4.5 匹配对确定、变换参数确定及模板定位

3.4.6 最佳匹配确定

3.4.7 亚像素定位

3.4.8 存在问题及解决方法

3.5 本章小结

第四章 视觉伺服控制

4.1 视觉伺服的分类

4.1.1 基于位置的视觉伺服控制

4.1.2 基于图像的视觉伺服控制

4.2 基于图像雅可比矩阵的视觉伺服控制

4.2.1 图像雅可比矩阵

4.2.2 基于图像雅可比矩阵的视觉伺服控制

4.3 学习控制

4.3.1 学习控制的基本结构

4.3.2 采用CMAC 神经网络的学习控制

4.4 视觉伺服控制实验

4.5 本章小结

第五章 微型夹持器的研制

5.1 微型夹持器的研究现状

5.2 微型夹持器的设计、安装与测试

5.2.1 柔性铰链

5.2.2 微型夹持器的设计与仿真分析

5.2.3 压电陶瓷驱动器

5.2.4 微型夹持器及压电驱动器的安装

5.2.5 微型夹持器电压－位移曲线

5.3 轴孔装配试验

5.4 本章小结

第六章 控制系统软件

6.1 控制系统软件结构

6.2 图形用户界面

6.3 图像采集与处理模块

6.3.1 图像采集

6.3.2 自动聚焦

6.3.3 基于局部特征的识别与定位

6.4 运动控制模块

6.5 微型夹持器控制模块

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文工作总结

7.2 研究展望

参考文献

致 谢

攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2005-07-08

参考文献

• [1].微操作系统中定位控制、人机交互和微量注射问题研究[D]. 徐征.大连理工大学2003

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