【摘要】 本发明提出了一种基于微视觉反馈的微构件声操纵二维平移方法，克服了现有开环控制技术的局限，通过非接触式的测量反馈技术控制微构件的声操纵二维平移，实现了闭环控制的自动化声操纵技术并同时提高了声操纵的稳定性以及平移精度。本发明方法是在超声微操纵的基础上，结合了计算机微视觉反馈系统的优势，以微视觉系统作为测量和监控的手段，实现微视觉伺服控制。即利用微视觉系统实时测量和监控被操纵微构件的二维位置信息，并在此基础上，通过离散PID算法及时调整相关声参数控制超声辐射驱动力，实现闭环伺服控制。经过实验，在操纵范围大于2000um的情况下，操纵精度能够达到±2um，并且具有较好的稳定性。 【专利类型】发明授权 【申请人】浙江大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号 【申请人地区】中国 【申请人城市】杭州市 【申请人区县】西湖区 【申请号】CN201210014756.2 【申请日】2012-01-18 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102566594B 【公开公告日】2014-06-04 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102566594B 【授权公告日】2014-06-04 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】G05D3/12 【发明人】杨克己; 闻明; 钱飞立; 贾坤; 于刚; 夏军建 【主权项内容】基于微视觉反馈的微构件声操纵二维平移方法，该方法基于微视觉反馈的微构件声操纵二维平移系统，所述系统由微视觉图像采集子系统和超声微操纵子系统两大部分组成，并通过计算机系统将两者整合在一起；所述微视觉图像采集子系统包括物方远心显微镜头，高速采集相机以及基于PXI总线的高速图像采集卡，所述超声微操纵子系统包括基于CAN总线的多通道信号发生器以及三个超声换能器；基于CAN总线的多通道超声信号发生器用于产生三个超声换能器的驱动信号，并能够根据上位机伺服反馈声控制参数的变化而产生不同的驱动信号，以满足相应的控制需求；三个超声换能器用于超声波的产生，并且在同一圆周上呈120°等角度分布；其特征在该方法包括以下步骤：步骤1、对配有物方远心显微镜头的高速采集相机进行标定，求取标定参数，根据标定参数获得微构件图像像素位移尺寸与实际位移尺寸之间的对应比例关系；步骤2、利用微视觉图像采集子系统抓取微构件的运动图像；步骤3、采用图像处理算法提取图像特征，获得微构件在图像中的像素位置信息，具体是：步骤3-1，对微构件运动的原始图像进行预处理，即先对原始图像进行中值滤波，降低原始图像中的噪声，再对滤波后的图像进行图像形态学闭运算处理，去除微构件边缘的毛刺；步骤3-2，对步骤3-1处理后的图像进行取反操纵，将图像背景转为暗背景；步骤3-3，根据微构件在图像中的位置，初始选定包含微构件的ROI，后续根据微构件的二维位置信息自动预测下一次微构件运动图像中包含微构件的ROI，而不需要人为选定，其中ROI表示图像感兴趣区域；步骤3-4，对ROI的图像进行拉普拉斯图像增强处理，锐化微构件图像的边缘；步骤3-5，对增强后的图像进行自动阈值分割，获取二值图像；步骤3-6，根据自动阈值分割后的微构件二值图像提取微构件的二维位置信息，具体是通过提取微构件的形心，标志其当前的位置；步骤3-7，根据微构件的二维位置信息预测下一次微构件运动图像中包含微构件的ROI；步骤4、根据步骤1得到的标定参数，将微构件在图像中的像素位置信息转换为实际的位置信息；步骤5、将当前的微构件坐标点与指定的目标坐标点进行比较，判断是否到达指定目标点位置，若到达指定目标点位置，则退出伺服控制；若未到达指定目标点位置，则进入步骤6；步骤6、根据微构件当前坐标点相对于目标坐标点的位移偏差和方向角度通过离散PID算法及时调整声操纵参数，控制超声辐射力，使微构件向指定目标点的位置运动，具体是：步骤6-1，计算微构件第n次运动步长所引用的离散PID公式如下：p(n)=p(n-1)+kp[e(n)-e(n-1)]+kIe(n)+kD[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]其中kp为比例常数，kI为积分常数，kD为微分常数，p(n)为需要计算的微构件第n次运动的步长，p(n-1)为微构件第n-1次运动的步长，e(n)，e(n-1)和e(n-2)分别为微构件第n-1次，n-2次以及n-3次运动后相对目标位置的位移偏差，依据上述公式，需要对比例常数kp、积分常数kI以及微分常数kD进行初始化设置；步骤6-2，指定微构件运动的目标点位置；步骤6-3，输入利用图像处理算法提取的微构件当前运动位置点坐标；步骤6-4，计算当前微构件位置点相对于目标位置点的位移偏差e(n)以及方向角度θ；步骤6-5，判断当前的位移偏差e(n)是否小于指定的位移误差，若小于则退出伺服控制，若大于则进入步骤6-6；步骤6-6，利用上述离散PID公式计算出微构件下一步需要运动的步长p(n)；步骤6-7，根据计算出的步长p(n)以及方向角度θ，利用超声辐射力的理论公式换算出超声信号发生器各通道所需要的控制参数，并使得相应超声换能器产生超声辐射力信号，操纵微构件向指定目标位置点运动；重复步骤6-4、步骤6-5、步骤6-6和步骤6-7，直至微构件相对于目标位置点的位移偏差小于指定的位移误差；步骤7、重复步骤2至步骤6，直到微构件到达指定目标点位置。 【当前权利人】浙江大学 【当前专利权人地址】浙江省杭州市西湖区浙大路38号 【专利权人类型】公立 【统一社会信用代码】12100000470095016Q 【引证次数】3.0 【他引次数】3.0 【家族引证次数】3.0 【家族被引证次数】8

未经允许不得转载：http://www.zhongzhencnc.com/1791590884.html