[發明專利]基于單目顯微視覺的微管微球對準和裝配裝置與方法

有效

• 申請號: 201310108701.2
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103158161A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 徐德;李福東;史亞莉;張正濤;張大朋;李海鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: B25J19/04
• 分類號: B25J19/04;B23P21/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種基于單目顯微視覺的微管微球對準和裝配裝置，其特征在于，該裝置包括：顯微視覺系統(1)、平移運動平臺(2)、支架(3)、夾持器(5)、操作器(6)、運動平臺(8)、隔振平臺(9)，其中：

所述顯微視覺系統(1)安裝在所述平移運動平臺(2)上；

所述平移運動平臺(2)安裝在所述支架(3)上；

所述操作器(6)與所述平移運動平臺(2)相對放置，所述運動平臺(8)放置在所述操作器(6)與所述平移運動平臺(2)之間，所述顯微視覺系統(1)指向所述運動平臺(8)；

所述夾持器(5)安裝在所述操作器(6)的末端；

所述夾持器(5)的末端和所述運動平臺(8)用于放置待對準和裝配的微管(4)和微球(7)，其中，微管(4)安裝在夾持器(5)的末端，方向為垂直向下；微球(7)放置于所述運動平臺(8)上，微球上的微孔垂直向上；

所述支架(3)、操作器(6)和運動平臺(8)安裝在隔振平臺(9)上。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述平移運動平臺(2)采用運動平臺，具有一個平移自由度；所述操作器(6)采用運動平臺，具有三個自由度：沿X、Y、Z三軸的平移自由度，即可分別沿垂直方向和水平面橫向、縱向進行平移運動；所述運動平臺(8)采用運動平臺，具有五個自由度：沿X、Y、Z三軸的三個平移自由度和繞X、Y軸的兩個旋轉自由度。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述支架(3)的上端平面與隔振平臺(9)的平面成一定角度，以便顯微視覺系統(1)的朝向與隔振平臺(9)的平面成一定角度。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括計算機(10)，用于采集所述顯微視覺系統(1)得到的圖像，并據此控制平移運動平臺(2)、運動平臺(8)和操作器(6)的運動；所述顯微視覺系統(1)通過視覺連接線(11)連接至計算機(10)；所述平移運動平臺(2)通過控制連接線(12)連接至計算機(10)；所述運動平臺(8)通過控制連接線(13)連接至計算機(10)；所述操作器(6)通過控制連接線(14)連接至計算機(10)。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述顯微視覺系統(1)由CCD攝像機和顯微鏡頭構成。

6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微管(4)采用1mm玻璃管拉制而成，微管(4)末端直徑為10μm，微孔直徑為12μm。

7.一種基于單目顯微視覺的微管微球對準和裝配方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S1：通過平移運動平臺(2)帶動顯微視覺系統(1)運動，改變顯微視覺系統(1)的位置，使得顯微視覺系統(1)的視野處于操作器(6)的夾持器(5)上的微管(4)的運動范圍內，同時處于運動平臺(8)的運動范圍內；

步驟S2：利用運動平臺(8)的自由度調整微球(7)的位置，使得微球(7)進入顯微視覺系統(1)的視野，并使得微球(7)的上部處于圖像的下部區域；

步驟S3：利用運動平臺(8)的自由度調整微球(7)的姿態，使得微球(7)上部的微孔垂直向上；

步驟S4：通過平移運動平臺(2)帶動顯微視覺系統(1)運動，使得顯微視覺系統(1)對微球(7)上部微孔中間區域的邊緣圖像清晰；

步驟S5：通過操作器(6)帶動微管(4)運動，使得微管(4)的末端圖像清晰；

步驟S6：提取微球(7)上微孔的圖像特征，提取微管(4)末端的圖像特征，根據圖像特征之間的偏差計算微管(4)末端與微孔上方的對準位置之間的三維偏差；

步驟S7：判斷所述三維偏差是否小于期望值，如果是，則說明已將微管(4)運動到微孔的上方，即已實現對準，轉至步驟S9；否則，轉入步驟S8；

步驟S8：在保持微管(4)末端圖像清晰的前提下，根據計算出的三維偏差，通過操作器(6)帶動微管(4)進行運動，然后轉入步驟S6；

步驟S9：通過操作器(6)帶動微管(4)向下運動，將微管(4)插入微孔中。