[发明专利]基于ROS的智能液滴生成系统

权利要求书

1.一种基于ROS的智能液滴生成系统，其特征在于，包括主控计算机、流体驱动单元、流体传感器件、液滴芯片和图像感知单元；其中：

所述流体驱动单元，用于驱动生成液滴的油相和水相；流体驱动单元包括控制器与流体驱动执行机构；其中，控制器与主控计算机通过串口连接，实时向主控计算机传输流体驱动状态，接收来自主控计算机运行指令并向执行机构发送驱动信号；流体驱动执行机构接受控制器发送的指令，对流体进行驱动；

所述流体传感器件，用于实时监控流体流量与液路压力信息；

所述微流控液滴芯片，用于生成液滴并提供观察场所；

所述图像感知单元，包括显微镜和用于采集显微图像的高速照相机，用于对芯片中的液滴进行成像并采集，并将采集的信息传输给主控计算机；主控计算机中配置的ROS将图像信息抽象为图像感知节点，获取相机帧并传输给ROS图像处理节点；

所述主控计算机配置有ROS系统、图像处理程序模块以及反馈调节算法模块；主控计算机通过ROS的话题-消息方式处理各单元之间的通讯，通过图像处理程序模块对于图像感知单元传输的图形数据进行图像处理，并通过反馈调节算法模块实时调整流体参数以获取符合尺寸要求的液滴。

2.根据权利要求1所述的基于ROS的智能液滴生成系统，其特征在于，所述反馈调节算法以液滴期望大小与当前液滴大小之差为优化目标，通过ROS的话题-消息机制以固定的时间间隔向流体驱动单元发出指令，调节油相、水相的流速。

3.根据权利要求1所述的基于ROS的智能液滴生成系统，其特征在于，所述流体驱动单元执行机构为微量注射泵、恒压泵或蠕动泵中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于ROS的智能液滴生成系统，其特征在于，所述流体传感器件包括流量计和压力传感器；流量计将液路中的流量信息通过串口传输至主控计算机；压力传感器实时检测液路压力，并将该压力信息通过串口传输至主控计算机。

5.根据权利要求1所述的基于ROS的智能液滴生成系统，其特征在于，所述图像处理程序模块的工作流程为：

（1）目标检测，利用训练好的深度学习模型对相机帧中的液滴进行识别，并输出包含液滴目标的候选框；

（2）对候选框中的液滴图像进行二值化处理，并对液滴进行轮廓提取和大小计算；

（3）根据显微镜的放大倍数，将轮廓大小转换为液滴的真实尺寸，以话题形式进行发布。

6.根据权利要求1所述的基于ROS的智能液滴生成系统，其特征在于，所述反馈调节算法为PID控制、贝叶斯优化或强化学习中的一种。

7.根据权利要求1所述的基于ROS的智能液滴生成系统，其特征在于，所述主控计算机还包括与之相连的显示设备，用于展示与用户交互的图形界面；所述图形界面包括流体参数和液滴大小的实时监控与设置、反馈调节开关以及实时显示的液滴图像。