[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

技術領域

本發明屬于機器人微操作技術領域中的顯微視覺測量和控制，尤其是一種基于單目顯微視覺的微管微球對準和裝配裝置與方法。

背景技術

目前比較常用的微操作方法是在顯微視覺的引導下進行的。首先，利用顯微視覺測量待裝配零件在平面內的位置；然后，控制操作手按照待裝配零件的相對位置調整其中一個零件的位置，以便實現目標對準。由于顯微視覺景深小、視場小，所以為了觀測零件之間的三維偏差需要多路顯微視覺系統，但每路顯微視覺系統只能給出2維位置偏差(可參見文獻：X.Zeng，X.Huang，M.Wang，Micro-assembly?of?micro?parts?using?uncalibrated?microscopes?visual?servoing?method，Information?Technology?Journal，7(3)：497-503，2008)，而且零件還需要多次進出顯微視覺系統的視野。此外，為了保證不同目標的圖像清晰，攝像機常常需要多次聚焦(可參見文獻：陳國良，黃心漢，周祖德，微裝配機器人系統，機械工程學報，第45卷第5期，第288～293頁，2009)，因而占用時間較長，導致工作效率較低。

發明內容

為了解決現有技術中微管微球的對準和裝配需要兩路顯微視覺系統才能檢測三維偏差問題、微零件需要多次進出顯微視覺系統的視野導致操作工藝復雜的問題以及多次聚焦導致效率低下的問題，本發明的目的在于提供一種基于單目顯微視覺的微管與微球對準和裝配的裝置與方法。

為實現上述目的，根據本發明一方面，提供一種基于單目顯微視覺的微管微球對準和裝配裝置，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。

根據本發明另一方面，提供一種基于單目顯微視覺的微管微球對準和裝配方法，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。

本發明以單目顯微視覺的清晰成像平面為基準，在微管對準微球過程中通過微管的三維運動保證微管末端圖像清晰，有效地避免了顯微視覺系統多次調焦，簡化了操作工藝，不僅提高了作業效率，而且提高了使用方便性。總之，本發明實現了單目顯微視覺引導下的微管微球對準與裝配。本發明既不需要微管多次進出顯微視覺系統視野，也不需要攝像機多次聚焦，應用方便，可以大幅度提高顯微視覺引導下微操作的適應性和可用性。

附圖說明

圖1為本發明基于單目顯微視覺的微管微球對準和裝配的裝置結構示意圖。