面向显微操作的微小型机器人控制系统研究

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1、StudyonControlSystemforMicro-HandlingOrientedMiniatureRobotADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HeHaoJieSupervisor：Prof.TianLianFangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP242学校代号：10561学号：201420114494华南理工大学硕士学位论文面向显微操作的微小型机器人控制系统研究作者姓名

2、：何浩杰指导教师姓名、职称：田联房教授申请学位级别：硕士学科专业名称：模式识别与智能系统研究方向：机器人、机器视觉论文提交日期：2015年4月26日论文答辩日期：2016年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：皮佑国委员：田联房王剑李彬王孝洪摘要在显微操作领域中，微小型机器人由于具备体积小、运动灵活，同时保持高定位精度的特点而具有广泛的应用前景，因此成为国内外机构的研究热点，本文以微小型机器人为核心，以机器视觉信息作为微小型机器人运动控制的依据，对面向显微操作的微小型机器人控制系统

3、展开研究。在分析基于微小型机器人的显微操作系统的基础上，设计并建立微小型机器人系统，包括微小型机器人中基于压电驱动的平面运动模块、基于步进电机的纵向运动模块，全局和显微视觉系统；并对面向显微操作的微小型机器人控制系统体系结构进行简要描述。对微小型机器人平面运动机构进行运动学建模分析，以此为基础，利用最小二乘原理的参数辨识方法获取机器人模型参数；并利用多输入状态反馈控制律实现对微小型机器人平面范围内的点到点以及直线运动控制。最后，探讨了利用基于在线最小二乘策略迭代的增强学习对微小机器人控制，解决了模型参数不确定的问题，提高

4、了控制算法的适用性。对微小型机器人在显微操作中的应用技术进行研究。微小型机器人需要在全局视觉和显微视觉下引导运动，完成显微操作任务。首先，利用基于最小二乘原理的标定方法完成对全局摄像机的标定。其次，利用基于定位板板和颜色空间的实现微小型机器人在全局视觉下位姿测量。然后，利用基于模版匹配和外轮廓检测的方法完成微小型机器人在显微视觉下位置测量。最后，对微小机器人纵向运动控制系统进行设计：使用基于图像清晰度的被动对焦方法控制纵向运动；通过模版匹配进行对焦窗口的选择；利用中值滤波完成对焦图像的噪声平滑；并利用对多种图像清晰度评价

5、函数的实验对比完成对焦评价函数的选择。关键词：微小型机器人；机器视觉；运动控制；显微操作；对焦评价IABSTRACTIntheapplicationofmicro-handling,miniaturerobothasthecharacteristicsofflexiblemotionability,highlocatingcapabilityandcompactness.Ithasbrightapplicationfutureandthereforebecomestheresearchhotspotofrelativei

6、nstitutes.Inthispaper,inwhichletrobotasthestudymainlineandcontrolrobotbasedonvisualinformation,controlsystemformicro-handlingorientedminiaturerobotisdeeplystudied.Accordingtotheanalysisofmicro-handlingsystembasedonminiaturerobot,thesystemofminiaturerobotisdesigne

7、dandestablished,includingplanarmotionmoduledrivingbypiezoelectricactuator,verticalmotionmoduledrivingbysteppermotorandvisualsystem.Atlast,thestructureofcontrolsystemformicro-handlingorientedminiaturerobotisdescribedinbrief.Afterestablishingthekinematicsmodelofpla

8、narmotionmodule,obtainthemodelpara-metersbyidentifyingthekinematicsmodelbasedonleastsquares.Thehighidentificationaccuracyisprovedbyexperimentresult.Then,realiz