微操作机器人视觉及误差分析

摘要

随着纳米技术的迅猛发展，研究对象不断向微细化发展，对微操作机器人系统提出了更高的要求。本文研究的目标在现有的微操作机器人系统基础上，以提高自动化程度和控制精度为目的，增加其视觉处理及轨迹规划功能，实现闭环控制，分析系统误差产生的主要原因，全面提高其运行精度。 以传统的图像处理方法为基础，针对微操作机器人细胞操作的特点，对图像处理方法进行深入的研究，主要涉及图像灰度处理、图像二值化处理、图像平滑和锐化以及编写处理软件。根据细胞图像自身特点，分析不同参数、不同方法及其组合对图像处理结果的影响，提出图像处理的具体步骤。 对图像初步处理后的图片进一步的处理，提取总数据量小很多而保留大量原始图像重要信息的图像轮廓，将不连续的边缘连接成完整的轮廓图，为进一步找出图像的特征，获得微动机器人操作的特征点奠定坚实基础。 微操作机器人系统复杂，涉及到的坐标系众多，在充分考虑各坐标系关系及其转换方法的前提下，根据微操作机器人末端运动实验的具体特点，选取合适的特征点进行策略分析完成轨迹规划。 精确控制是微操作系统的重要要求。建立微操作机器人的视觉系统模型，分析柔性铰链误差产生原因，讨论系统驱动控制各部件的性能和视觉系统的误差来源，给出了提高系统精度的不同措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2机器人研究现状

1.2.1微操作机器人特征

1.2.2微操作机器人发展历史

1.2.3国外研究现状

1.2.4国内研究现状

1.3显微视觉系统研究现状

1.4本文主要内容

第2章图像基本处理

2.1前言

2.2灰度处理

2.3二值化处理

2.3.1灰度直方图

2.3.2直方图均衡化

2.4图像平滑

2.5图像锐化

2.5.1 Robert变换

2.5.2 Laplace变换

2.5.3 Sobel变换

2.5.4 Prewitt变换

2.5.5 Kirsch变换

2.6各种图像锐化方法比较

2.7本章小结

第3章图像边缘处理

3.1轮廓提取

3.2图像边缘连接

3.2.1寻找可疑点

3.2.2检测边缘

3.2.3点的存储

3.2.4图像边缘连接

3.3本章小结

第4章轨迹规划

4.1坐标系的选取和讨论

4.2图像雅克比矩阵

4.3特征点的选取

4.4轨迹规划

4.4.1轨迹规划策略

4.4.2直线轨迹规划

4.4.3过直线上点运动

4.4.4轨迹规划过程中的速度和加速度

4.5本章小结

第5章误差分析

5.1显微视觉系统

5.1.1显微镜模型

5.1.2相机模型

5.2柔性铰链误差

5.2.1材料性能误差

5.2.2加工制造误差

5.2.3理论模型误差

5.3关节级驱动控制系统误差

5.3.1 A/D、D/A转换器的位数对驱动器精度的影响

5.3.2压电陶瓷驱动电源性能误差

5.3.3压电陶瓷驱动器

5.4显微视觉控制系统误差

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢