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一种基于微米级物体操作的微操作系统的研究

作　者: 王希花
导　师: 郭书祥
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 自动聚焦微操作系统微操作工具形状记忆合金(SMA) 位置反馈控制
分类号: TP316
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在生物工程领域,需要在显微镜下对许多微小的生物体操作,这其中大部分领域的操作是靠人工完成的。有时移动位移精度需要微米级,甚至纳米级,操作熟练的工人在显微镜下完成这种操作也需要花费很多的时间,容易产生疲劳,导致效率低和成功率低。为此本论文针对细胞穿刺的微操作系统,研制出能够自动完成操作的微操作系统。该系统主要包括视觉反馈系统(自动调焦)和微操作工具及其控制部分。本论文根据目前国内外现状和发展水平,针对微操作平台的视觉反馈系统,开发了基于数字图像处理的自动调焦系统,我们应用了一种高精度的自动对焦算法,并以形状记忆合金(SMA)作为微操作系统微操作工具的驱动器。微操作系统包括可视部分,人机接口部分和操作工具。它不仅可以实现实时监测,而且还能准确地找到微米级目标。在自动聚焦过程中,我们采用了基于灰度函数的自动定位评价函数,以目标与背景的差异大小作为图像是否准确定位的量度。将能量与高频分量相结合作为聚焦评价函数,当这一值达到最大时图像最清晰,这种方法具有较强的灵敏度,精确度,而且还有较强的可操作性,适宜于微操作平台使用。本文分析了驱动微作业工具的SMA材料的电流——应变特性,并采用位置反馈控制控制记忆合金的伸缩。为了减小SMA的降温时间,引入半导体制冷器强制冷却,以提高微操作工具的工作效率和精度。通过实验做出了SMA材料所加电流及其频率的大小与微作业工具的位移之间的关系曲线,以及位移随时间变化的关系曲线。最后讨论了SMA材料驱动的微作业工具的精度和各种特性。

一种基于微米级物体操作的微操作系统的研究

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