面向批量目标微操作的全自动微操作平台研制

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1、摘要随着微操作研究的不断发展和深入，多目标操作和批量目标操作己逐渐成为微操作的研究热点。本文以满足批量目标微操作研究的需求为目的，对原有MR04微操作机器人系统进行改造，包括硬件的改进和显微视觉系统的完善，从而建立了微操作机器人全自动微操作平台，为今后进行批量目标微操作研究奠定了基础。硬件改进主要是利用USB接口芯片FX2LP连接多轴控制板与上位机，通过FX2LP硬件、固件和上位机接口设计，实现了多轴控制板与上位机的USB总线数据通信，并在此基础上实现了多轴控制程序，提高了上、下位机数据传输的质量。显微视觉系统的完善主要实现了显微视野变换的两项

2、关键支撑技术——自动调焦和物镜自动转换。本文提出了改进的归一化方差测度，实现了在线的自动调焦功能。同时，通过大量实验测定，实现了物镜自动转换以及物镜归零功能，并利用物镜自动转换辅助自动调焦过程，提高了自动调焦的搜索效率。最后，通过基于全局视野的微操作工具画圆实验，验证了本文硬件改进的良好的可靠性和可重复性；通过构建具有分层递阶结构的全局视野实验，验证了本文显微视觉系统完善的可行性和有效性。关键词：全自动微操作平台USB自动调焦物镜自动转换AbstractWiththedevelopmentofthemicro—manipulationtechn

3、iques，multi—targetedoperationsandbatch-targetedoperationsbecomethefocusesinthisresearchfield．Tomeettherequirementsofthemicro-manipulationresearch，thisdissertationadaptstheoldMR04micro-manipulationsystem，includingthemodificationofitshardwaredevicesandtheimprovementofitsmicros

4、copicvisualsystem,establishesallauto-matedplatformformicro—manipulationandlaysasolidfoundationforthefurtherresearchonthebatch-targetedoperations．ThemodificationofthehardwaredeviceschieflyutilizestheUSBinterfacechipFX2LPtoimplementthecommunicationbetweenthemulti-axisboardandt

5、heuppercomputer,whichincludesthedesignoftheFX2LP’Shardware，firmware，andtheinterfaceoftheuppercomputer．Basedonthiswork,themulti—axiscontrolprogramisimplementedandthecommunicationqualitybetweentheupperandthelowercompmersisimproved．Theimprovementofthemicroscopicvisualsystemmain

6、lyaccomplishestwokeytechniquesabouttheexchangeofthemicroscopicfieldofview(FOV)：theauto—focusingandtheauto—exchangingoftheobjectlens．Thisdissertationputsforwardtheimprovednormed-variancealgorithmandachievestheon-lineauto—focming．Meanwhile，bysufficientexperimentsitimplementsth

7、eauto—exchangingandhomingfunctionsoftheobjectlens，andemploysthemtoassisttheauto—focusingprocess，greatlyimprovingitsefficiency．Finally,bythecircle—drawingtestwiththemicro··manipulatorbasedontheglobalFOV,ittestifiesthereliabilityandtherepeatabilityofthehardwaremodification；byt

8、hetestthatconstructsthehierarchicalstructureoftheglobalFOV,itverifiesthefea