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《吉林大学》 2008年
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基于显微视觉的微操作系统及其伺服控制研究

于保军  
【摘要】: 由于MEMS(微机电系统)、生物医学工程、精密光学工程和超精密加工等领域的快速发展,迫切需要能够实现微米级、甚至纳米级精密定位系统,各种大行程精密定位系统应运而生。上世纪80年代的中后期,国内外学者相继开展了宏/微双驱动微操作系统的开发研究。经过近20年的探索,不论是从理论还是从应用,都证明了宏/微双驱动微操作系统在很多方面的性能优于传统的采用单一驱动方式的微操作系统。 本文在阅读大量的相关文献资料的基础上,致力于基于机器视觉的宏/微双驱动微操作系统、序列图像清晰度评价、图像融合、显微视觉伺服控制等的研究。利用混合电机和丝杠机构的行程长、驱动力大等特点来构成微操作系统的宏动部分;而利用压电陶瓷(PZT)的响应速度快、精度高、无摩擦等特点制作的压电驱动器来构成微动部分。微操作系统既实现了大行程,又达到很高的定位精度。 针对目前很多微操作系统的协调控制难的缺点,提出了利用机器视觉来协调宏动和微动的各自控制部分。将微操作系统的末端执行工具与目标部件的距离作为控制阈值,大于阈值时启动宏动驱动器进行驱动和控制;小于阈值时启动压电驱动器进行驱动和控制。 本文以生物工程中的细胞注射操作为应用背景,设计了机器视觉系统,并对各项关键技术进行了系统深入的研究。由于将宏/精微操作系统与采用基于图像模式的视觉伺服控制系统相结合,提高了整体微操作系统的移动速度、距离和控制精度,解决了实际工程中遇到的移动位移小、定位精度低以及控制难等问题。最后作为此宏/微双驱动微操作系统的应用,以模拟生物工程中的细胞注射操作为例,对微操作系统的硬件和软件系统进行整体的系统测试。结果证明本系统的识别、跟踪、定位及控制都达到了预期的目的。 本文由国家高技术研究发展计划项目(863计划)《多自由度压电精密驱动器》(项目编号:2002AA423150)、国家自然科学基金重点项目《压电精密致动技术基础研究》(项目编号:50735002)和长春市新星创业基金《压电步进驱动器的开发及应用》(项目编号:04-08XC279)提供资助,是这三个项目研究工作的一部分。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 成黎;AFM压电驱动器建模与控制研究[D];山东大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蒲恬,方庆喆,倪国强;基于对比度的多分辨图像融合[J];电子学报;2000年12期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杜振龙;图像—视频抠像技术的研究[D];浙江大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 朱孔凤;;自动聚焦区域选择算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年02期
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9 张延;张凯;;农用拖拉机喷油泵校正器的设计与实现[J];安徽农业科学;2009年21期
10 李广义;邱白晶;解金键;;基于CT图像板材节子边缘检测的研究[J];安徽农业科学;2011年24期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 ;On A Novel Self-Sensing Actuator[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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7 王晓楠;彭约钧;张杰;周飞;姚志远;孙见君;赵淳生;;表面微结构对直线型超声电机定子摩擦学特性的影响[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 魏海霞;爆破地震波作用下建筑结构的动力响应及安全判据研究[D];山东科技大学;2010年
2 王希花;基于压电陶瓷迟滞非线性建模及控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 唐艳红;基于航海雷达的海浪遥测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王德才;基于能量分析的地震动输入选择及能量谱研究[D];合肥工业大学;2010年
6 杜娟;高精度电子组装设备中智能材料驱动器的建模与控制研究[D];华南理工大学;2010年
7 李鹤喜;基于视觉反馈的焊接机器人自主示教关键技术研究[D];华南理工大学;2010年
8 王晓松;复杂背景下树木图像提取研究[D];北京林业大学;2010年
9 曲建军;基于提速线路TQI的轨道不平顺预测与辅助决策技术的研究[D];北京交通大学;2011年
10 张峰;输电线路行波故障测距优化算法研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张斌;压电双晶片型微位移放大机构研究[D];河南理工大学;2010年
2 杨焱麟;基于小波变换理论与比值分析法的变压器励磁涌流识别的研究[D];山东科技大学;2010年
3 林营;基于小波变换的刑事图像处理研究[D];山东科技大学;2010年
4 张明军;基于小波包最优树的图像融合技术研究[D];山东科技大学;2010年
5 张庆伟;基于小波变换的阈值图像去噪方法[D];山东科技大学;2010年
6 曹自然;大型板类零件孔形位尺寸检测系统[D];长春理工大学;2010年
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8 郑伟光;基于小波变换的信号调制方式识别方法[D];长春理工大学;2010年
9 张亚军;有限状态设备的移动监视与识别方法的研究[D];浙江理工大学;2010年
10 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 夏加飞,孙涛,闫永达,梁迎春,程凯,董申;基于原子力显微镜(AFM)的微加工系统[J];光学精密工程;2003年02期
2 张栋;张承进;魏强;;压电微动工作台的动态迟滞模型[J];光学精密工程;2009年03期
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5 张栋;张承进;魏强;;压电工作台快速动态定位建模及其控制器设计[J];中国机械工程;2009年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 高思田;计量型原子力显微镜的研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 熊本炎;高精度微定位器结构与控制研究[D];西北工业大学;2005年
2 周法权;AFM工作台扫描控制系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 丁文明;压电陶瓷执行器的驱动技术研究[D];重庆大学;2007年
4 于海峰;基于平板扫描器的新型原子力显微镜的研制及应用[D];浙江大学;2008年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 孙汉宇;用于压电陶瓷驱动器的纳米位移传感器信号采集与处理系统设计[D];中国科学技术大学;2011年
2 龙运栋;纳米操作平台柔性微悬臂的模糊控制研究[D];中南大学;2012年
3 谭菊花;超声和金属离子对胰高血糖素聚集的影响[D];宁波大学;2012年
4 张磊;SPM定位控制方法研究及在纳米粘弹性测量中的应用[D];燕山大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙立宁,唐学燕,荣伟彬;集成式五维微力/力矩传感器的研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
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8 康宗明,张利,谢攀;一种基于能量和熵的自动聚焦算法[J];电子学报;2003年04期
9 王宏强,孙即祥,黎湘,郭桂蓉;随机信号多尺度分析的数据融合[J];工程数学学报;2000年02期
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李静;多传感器图像融合算法研究[D];西北工业大学;2004年
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10 马恒,贾传荧;基于空间频率和小波变换的图像融合方法[J];辽宁工程技术大学学报;2005年02期
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7 商晓青;张景发;孟瑜;路静;胡乐银;;汶川地震震灾图像处理中的融合方法及其比较——以北川地区遥感影像为例[A];中国地震学会空间对地观测专业委员会成立大会暨学术研讨会论文集[C];2008年
8 张宪伟;宋建社;张红蕾;廖增为;;SAR图像与多光谱图像融合方法研究[A];第三届全国数字成像技术及相关材料发展与应用学术研讨会论文摘要集[C];2004年
9 李光鑫;吴伟平;;基于亮度-对比度传递技术的彩色图像融合算法[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
10 代健美;耿华芳;;两种像素级图像融合方法的比较与分析[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于保军;基于显微视觉的微操作系统及其伺服控制研究[D];吉林大学;2008年
2 郭擎;基于分数阶变换的信息安全与图像融合算法[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 郭擎;基于分数阶变换的信息安全与图像融合算法[D];哈尔滨工业大学;2010年
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6 孙明超;可见光与红外侦察图像融合技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
7 杨粤涛;基于非采样Contourlet变换的图像融合[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
8 杨斌;像素级多传感器图像融合新方法研究[D];湖南大学;2010年
9 刘贵喜;多传感器图像融合方法研究[D];西安电子科技大学;2001年
10 罗晓清;多传感器图像融合理论及其应用研究[D];江南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾竞;多传感器图像融合技术的研究[D];华中科技大学;2004年
2 黄影;基于正交匹配跟踪以及K-SVD的图像融合技术[D];华北电力大学(北京);2010年
3 张俊;多小波在图像融合增强中的应用[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
4 胡艺龄;基于小波分解和改进型PCNN的图像融合方法研究[D];中南大学;2010年
5 楼岑;脑功能显像与解剖显像图像融合方法的研究[D];浙江大学;2002年
6 陈煜;图像融合技术及其应用研究[D];南京航空航天大学;2004年
7 王玲;基于非向下采样Contourlet变换的图像融合算法研究[D];云南大学;2010年
8 郭春华;基于小波变换的医学图像融合研究[D];西安理工大学;2004年
9 曾梅兰;基于框架分解的多传感器图像融合的研究[D];武汉理工大学;2004年
10 方向林;多模态医学图像配准与融合研究[D];重庆大学;2003年
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