一种基于视觉反馈的柔顺操作装置和液桥力自动检测方法，本发明专利技术涉及微米级对象柔顺操作的自动检测技术，以解决传统毛细力操作进程中依靠被动获取的操作液滴进行被动操作，无法实时检测、反馈液桥力的问题，它包括运动控制模块、视觉反馈模块和末端执行器模块、隔震台、操作基底，运动控制模块包括x向三轴精密电动平台、y向三轴精密电动平台、操作手三轴精密电动平台，视觉反馈模块包括x向显微镜、x向显微镜夹具、y向显微镜、y向显微镜夹具，末端执行器模块包括执行器调节电机、连接板、执行器夹头、夹头卡具、冷凝单元、冷凝执行器、冷凝控制器。本发明专利技术用于微米级对象柔顺操作中基于视觉的液桥力自动实时检测。
【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉反馈的柔顺操作装置和液桥力自动检测方法
本专利技术涉及毛细力柔顺操作的自动检测技术，具体涉及基于视觉反馈的柔顺操作装置和液桥力自动检测方法。
技术介绍
作为一种无损式微操作技术，基于液桥毛细力的微对象（0.1μm-1mm）操作方法具有操作柔顺性，能够有效避免传统机械式夹持（夹钳、真空吸附等）造成的局部应力集中，规避微对象关键特征的损害，且能够适合不同形状微对象的抓取。现有的毛细力操作方法主要分为单针式和毛细管式，单针式主要利用操作探针末端获取的液体介质实现微对象的抓取；毛细管式则是利用毛细管末端弯液面抓取微对象。为了评价微对象的拾取能力，需要对产生的液桥力进行计算，针对不同配置（平面-球面、平面-平面、球面-球面、平面-锥面等）的液桥方式建立了相应的液桥作用模型，可理论求解液桥力，分析影响液桥作用力的因素。然而，在基于毛细力的实际操作进程中，无论是单针式，还是毛细管式操作方法均无法实时观测操作进程中的毛细力，也无法实现操作进程中操作液滴的实时控制，进而限制了其进一步的应用发展。基于视觉反馈的图像处理技术，有助于液桥轮廓的实时获取，通过二值化处理、角点检测、轮廓拟合等进程可获取液桥轮廓的数学方程，为结合理论求解液桥力奠定了基础。因此，基于毛细力操作的实时液桥力自动检测方法和相应的操作装置依旧是研究的重点。本专利技术针对基于液体介质操作进程的液桥力无法实时自动检测的关键科技问题，专利技术了一种基于视觉反馈的柔顺操作装置和液桥力自动检测方法，通过视觉反馈、图像处理的在线检测，可实时观测液桥作用力，从而有效指导操作进程的调控。
技术实现思路
本专利技术是为解决传统毛细力操作方法无法实时检测液桥力，导致不能有效在线指导操作任务的问题，进而提供一种基于视觉反馈的柔顺操作装置和液桥力自动检测方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术的一种基于视觉反馈的柔顺操作装置，其特征在于：所述装置包括运动控制模块、视觉反馈模块和末端执行器模块、隔震台、操作基底，运动控制模块包括x向三轴精密电动平台、y向三轴精密电动平台、操作手三轴精密电动平台，视觉反馈模块包括x向显微镜、x向显微镜夹具、y向显微镜、y向显微镜夹具，末端执行器模块包括执行器调节电机、连接板、执行器夹头、夹头卡具、冷凝单元、冷凝执行器、冷凝控制器；所述x向三轴精密电动平台、y向三轴精密电动平台、操作手三轴精密电动平台分别布置在隔震台上，x向显微镜通过x向显微镜夹具固定在x向三轴精密电动平台上，y向显微镜通过y向显微镜夹具固定在y向三轴精密电动平台上，执行器调节电机竖向设置，通过连接板固定在操作手三轴精密电动平台上，执行器夹头竖向设置，一端通过夹头卡具固装在执行器调节电机上，另一端夹持冷凝执行器，冷凝单元上加工冷凝通道，冷凝执行器与冷凝通道二者同轴设置。一种单针式微米级对象拾放装置包括二号三轴电动平移台、隔振台、一号三轴电动位移平台、三号三轴电动平移台、自紧式夹头、探针、螺旋测微头、热敏电阻元件、毛细管和毛细管夹具；所述x向显微镜与y向显微镜夹具在同一平面内垂直设置；所述冷凝单元通道的温度由冷凝控制器实时调节。本专利技术的一种基于视觉反馈的液桥力自动检测方法包括以下步骤：步骤一：调节操作手三轴精密电动平台至微米级对象的上方；步骤二：控制执行器调节电机使冷凝执行器伸出冷凝单元通道；步骤三：冷凝控制器调节冷凝单元通道的温度，使冷凝执行器末端温度低于环境饱和温度，生成操作液滴；步骤四：调节操作手三轴精密电动平台使冷凝液滴与微米级对象接触，形成液桥；步骤五：x向显微镜获取液桥初始轮廓信息，通过Hough变换确定微对象的位置，选择操作探针的实时跟踪窗口和液桥ROI，液桥形成后，计算跟踪窗口和微对象之间的区域即为液桥区域；步骤六：对液桥区域进行Ostu阈值分割，获得二值化图像，将提取轮廓的液桥以液桥中心作为左右轮廓的分界；步骤七：基于Shi-Tomasi角点检测方法提取液桥轮廓的角点，计算与微球轮廓和操作工具的交点为液桥轮廓端点；步骤八：基于确定的端点，通过最小二乘抛物线拟合获取液桥轮廓的数学方程；步骤九：求解液桥轮廓的偏微分杨拉普拉斯方程，自动获取液桥作用力，x向显微镜和y向显微镜同步进行操作工具、微对象、液桥位置的实时检测。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术所述的基于视觉反馈的柔顺操作装置结合视觉反馈技术，通过冷凝执行器的调节可实时控制毛细力操作液滴的定量获取，解决了操作液滴实时控制的问题；二、本专利技术所述的基于视觉反馈的柔顺操作装置的执行器伸出制冷单元通道的长度可通过执行器调节电机的控制来改变，进而调控制冷能力；三、本专利技术所述的基于视觉反馈的液桥力自动检测方法，通过液桥区域的实时获取，利用图像处理技术获取液桥轮廓，并求解液桥力，解决了基于毛细力操作进程中液桥力的自动实时检测问题。附图说明图1是本专利技术的一种基于视觉反馈的柔顺操作装置的立体结构示意图。图2是本专利技术所述的冷凝液滴控制拾取示意图。图3是本专利技术所述的基于图像处理的液桥力计算过程流程图。图4是本专利技术所述的基于视觉液桥力自动检测的测试结果图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1和图2说明，本实施方式的一种基于视觉反馈的柔顺操作装置包括运动控制模块、视觉反馈模块和末端执行器模块、隔震台1-15、操作基底（1-12），运动控制模块包括x向三轴精密电动平台1-9、y向三轴精密电动平台1-1、操作手三轴精密电动平台1-8，视觉反馈模块包括x向显微镜1-11、x向显微镜夹具1-10、y向显微镜1-3、y向显微镜夹具1-2，末端执行器模块包括执行器调节电机1-5、连接板1-7、执行器夹头1-4、夹头卡具1-6、冷凝单元1-14、冷凝执行器1-13、冷凝控制器2-3；所述x向三轴精密电动平台1-9、y向三轴精密电动平台1-1、操作手三轴精密电动平台1-8分别布置在隔震台1-15上，x向显微镜1-11通过x向显微镜夹具1-10固定在x向三轴精密电动平台1-9上，y向显微镜1-3通过y向显微镜夹具1-2固定在y向三轴精密电动平台1-1上，执行器调节电机1-5竖向设置，通过连接板1-7固定在操作手三轴精密电动平台1-8上，执行器夹头1-4竖向设置，一端通过夹头卡具1-6固装在执行器调节电机1-5上，另一端夹持冷凝执行器1-13，冷凝单元1-14上加工冷凝通道，冷凝执行器1-13与冷凝通道二者同轴设置。具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式的一种基于视觉反馈的柔顺操作装置的x向显微镜1-11与y向显微镜夹具1-2在同一平面内垂直设置。具体实施方式三：结合图1和图2说明，本实施方式的一种基于视觉反馈的柔顺操作装置的冷凝单元1-14通道的温度由冷凝控制器2-3实时调节。具体实施方式四：结合图1说明，本实施方式的一种基于视觉反馈的柔顺操作装置的操作基底1-12安装在隔震台1-15上。具体实施方式五：结合图3和图4说明，本实施方式利用具体实施方式一、二、三或四中任意一个具体实施方式所述的基于柔顺操作装置进行基于视觉反馈的液桥力自动检测方法包括以下步骤：本实施方式5、利用权利要求1、2、3或4中任意一个权利要求所述的柔顺操作装置进行液桥力的自动检测方法，其特征在于它包括以下步骤：步骤一：调节操作手三轴精密电动平台1-8至微米级对象2-2的上方；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于视觉反馈的柔顺操作装置，其特征在于：所述装置包括运动控制模块、视觉反馈模块和末端执行器模块、隔震台（1‑15）、操作基底（1‑12），运动控制模块包括x向三轴精密电动平台（1‑9）、y向三轴精密电动平台（1‑1）、操作手三轴精密电动平台（1‑8），视觉反馈模块包括x向显微镜（1‑11）、x向显微镜夹具（1‑10）、y向显微镜（1‑3）、y向显微镜夹具（1‑2），末端执行器模块包括执行器调节电机（1‑5）、连接板（1‑7）、执行器夹头（1‑4）、夹头卡具（1‑6）、冷凝单元（1‑14）、冷凝执行器（1‑13）、冷凝控制器（2‑3）；所述x向三轴精密电动平台（1‑9）、y向三轴精密电动平台（1‑1）、操作手三轴精密电动平台（1‑8）分别布置在隔震台（1‑15）上，x向显微镜（1‑11）通过x向显微镜夹具（1‑10）固定在x向三轴精密电动平台（1‑9）上，y向显微镜（1‑3）通过y向显微镜夹具（1‑2）固定在y向三轴精密电动平台（1‑1）上，执行器调节电机（1‑5）竖向设置，通过连接板（1‑7）固定在操作手三轴精密电动平台（1‑8）上，执行器夹头（1‑4）竖向设置，一端通过夹头卡具（1‑6）固装在执行器调节电机（1‑5）上，另一端夹持冷凝执行器（1‑13），冷凝单元（1‑14）上加工冷凝通道，冷凝执行器（1‑13）与冷凝通道二者同轴设置。...
【技术特征摘要】
1.一种基于视觉反馈的柔顺操作装置，其特征在于：所述装置包括运动控制模块、视觉反馈模块和末端执行器模块、隔震台（1-15）、操作基底（1-12），运动控制模块包括x向三轴精密电动平台（1-9）、y向三轴精密电动平台（1-1）、操作手三轴精密电动平台（1-8），视觉反馈模块包括x向显微镜（1-11）、x向显微镜夹具（1-10）、y向显微镜（1-3）、y向显微镜夹具（1-2），末端执行器模块包括执行器调节电机（1-5）、连接板（1-7）、执行器夹头（1-4）、夹头卡具（1-6）、冷凝单元（1-14）、冷凝执行器（1-13）、冷凝控制器（2-3）；所述x向三轴精密电动平台（1-9）、y向三轴精密电动平台（1-1）、操作手三轴精密电动平台（1-8）分别布置在隔震台（1-15）上，x向显微镜（1-11）通过x向显微镜夹具（1-10）固定在x向三轴精密电动平台（1-9）上，y向显微镜（1-3）通过y向显微镜夹具（1-2）固定在y向三轴精密电动平台（1-1）上，执行器调节电机（1-5）竖向设置，通过连接板（1-7）固定在操作手三轴精密电动平台（1-8）上，执行器夹头（1-4）竖向设置，一端通过夹头卡具（1-6）固装在执行器调节电机（1-5）上，另一端夹持冷凝执行器（1-13），冷凝单元（1-14）上加工冷凝通道，冷凝执行器（1-13）与冷凝通道二者同轴设置。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉反馈的柔顺操作装置，其特征在于所述x向显微镜（1-11）与y向显微镜夹具（1-2）在同一平面内垂直设置。3.根据权利要求1或2所述的一种基于视觉反馈的柔顺操作装置，其特征在于所述冷凝单元（1-14）通道的温度由冷凝控制器（2-3）实时调节。4....
【专利技术属性】
技术研发人员：范增华，田业冰，李志永，刘志强，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
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