[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

本发明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，发明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。

发明内容

本发明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。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明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。

本发明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；