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显微视觉力觉控制的生物微操作系统研究

作　者: 钟辉
导　师: 席文明
学　校: 厦门大学
专　业: 精密仪器与机械
关键词: 生物微操作力觉控制显微注射
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第1章绪论  12-22
  1.1 引言  12
  1.2 微操作系统研究的背景及意义  12
  1.3 微操作系统的研究现状  12-20
    1.3.1 微操作系统在微装配中的应用  13-17
    1.3.2 微操作系统在生物微操作中的应用  17-20
  1.4 选题依据和研究内容  20-22
第2章显微视觉力觉控制生物微操作系统的组成  22-30
  2.1 引言  22
  2.2 生物微操作系统特点和应具备的功能  22-23
    2.2.1 生物微操作的特点  22-23
    2.2.2 生物微操作系统应具备的功能  23
  2.3 显微视觉力觉控制生物微操作系统的组成  23-29
    2.3.1 显微视觉系统  24-27
    2.3.2 机械手系统  27-28
    2.3.3 力觉系统  28-29
    2.3.4 其他组件  29
  2.4 小结  29-30
第3章生物微操作系统的标定  30-41
  3.1 引言  30
  3.2 生物微操作系统的标定  30-39
    3.2.1 标定的内容  30-31
    3.2.2 常用的显微视觉系统的标定方法  31-32
    3.2.3 视觉雅可比矩阵的标定  32-35
    3.2.4 微操作系统的标定  35-36
    3.2.5 标定结果  36-39
  3.3 误差矩阵标定的结果分析  39
    3.3.1 误差产生原因  39
    3.3.2 减小标定误差的措施  39
  3.4 小结  39-41
第4章显微视觉系统深度信息的获得  41-47
  4.1 引言  41
  4.2 深度信息的获得方法  41-44
    4.2.1 图像聚焦-失焦原理  42-43
    4.2.2 深度信息获得算法  43-44
  4.3 实验结果  44-46
  4.4 小结  46-47
第5章显微视觉系统的视觉伺服控制  47-51
  5.1 引言  47
  5.2 视觉伺服系统的建模  47-49
    5.2.1 机械手视觉伺服控制方式分类  47-48
    5.2.2 机械手伺服控制方程的建立  48
    5.2.3 特征点跟踪  48-49
  5.3 实验结果及分析  49-50
  5.4 小结  50-51
第6章生物微操作系统的力觉控制  51-62
  6.1 引言  51
  6.2 微力检测传感器  51-57
    6.2.1 PVDF膜片压电效应理论模型  51-54
    6.2.2 微力检测传感器的结构设计  54-55
    6.2.3 放大器的设计  55-57
  6.3 PVDF薄膜及传感器的标定  57-58
    6.3.1 PVDF膜片硬度系数的标定  57-58
    6.3.2 PVDF微力检测传感器的标定  58
  6.4 标定结果  58-61
  6.5 小结  61-62
第7章显微视觉力觉控制的细胞注射实验  62-68
  7.1 引言  62
  7.2 细胞注射实验  62-67
    7.2.1 实验的准备工作  62-63
    7.2.2 实验结果及分析  63-67
  7.3 小结  67-68
总结与展望  68-70
  (1). 本文的主要成果  68
  (2). 工作展望  68-70
参考文献  70-76
攻读硕士学位期间发表的论文  76-77
附录  77-79
致谢  79

显微视觉力觉控制的生物微操作系统研究

内容摘要

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