激光显微切割中的精密移动控制技术研究

论文摘要

激光显微切割系统的出现使得胚胎、生物细胞与组织被快速切割、捕获,有效解决了胚胎遗传学、转基因、肿瘤等生命科学重大领域研究问题。现有系统在大面积切割下精度会降低,并不能很好的满足科研人员的需求。为解决激光显微切割精密移动控制问题,本文从屏幕与移动模块坐标校准及移动轨迹规划两方面展开研究。针对激光显微切割屏显坐标与移动模块坐标转换精度较低问题,提出了一种基于EIV（error-in-variables）平差的五点分区坐标校准方法。该方法采用四元数建立EIV平差模型,并利用高斯-赫尔模特调整模型及最小二乘,实现变量误差模型框架下的坐标转换,通过优化坐标点数及其相对屏幕位置,提高坐标校准精度。仿真及实验验证表明该方法较线性算法,以残差1范数为指标,精度提高了6倍以上,证明了算法的有效性。针对激光显微切割系统在大面积切割下移动控制精度问题,研究了一种基于非线性误差补偿的轨迹规划方法。提出了一种利用二维结构实现三维弧面移动的绳索-弹簧移动模块,大大减小了移动模块所占体积。利用CSS（curvature scale space）角点检测算法检测电机转向点及角点,设计了基于角点检测型值点的B样条轨迹规划方法。结合移动模块运动学模型,研究了一种无加速度突变及累积误差的控制策略,并根据电机约束参数优化控制策略。仿真及实验验证证明本方法效率较等比例算法一致,且在相同数量型值点情况下,本方法较等比例算法,以均方根值为指标,精度提高4倍以上,丢步风险更小。本课题在误差校准及轨迹规划方面充分考虑了系统非线性问题,并通过算法优化,进一步提升了激光显微切割系统控制系统在大面积切割下精度,为重大疾病的研究及临床应用提供了有力的工具。

论文目录

摘要

abstract

引言

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 激光显微切割移动控制系统

1.2.2 校准算法

1.2.3 轨迹规划算法

1.3 论文研究内容及结构安排

2 激光显微切割中移动控制理论基础

2.1 激光显微切割系统原理

2.2 精密移动控制中屏幕校准算法理论

2.2.1 电阻/电容屏幕校准算法原理

2.2.2 坐标转换测量平差原理

2.3 精密移动控制中轨迹规划算法理论

2.3.1 角点检测算法

2.3.2 轨迹规划算法

2.4 本章小结

3 基于EIV平差的激光显微切割五点分区坐标校准方法

3.1 坐标转换建模及整体最小二乘求解

3.1.1 四元数旋转矩阵

3.1.2 EIV模型

3.1.3 最小二乘求解

3.2 校准坐标点选取及优化

3.3 MATLAB算法效率仿真验证

3.4 激光显微切割系统实验平台

3.5 激光显微切割坐标校准实验

3.5.1 优选校准坐标点数及点位实验

3.5.2 线性算法对比实验

3.6 本章小结

4 基于误差补偿的激光显微切割轨迹规划

4.1 绳索-弹簧传动弧面控制装置及其动力学模型分析

4.1.1 绳索-弹簧传动弧面控制装置

4.1.2 绳索-弹簧传动弧面控制装置运动学模型分析

4.2 切割曲线型值点自动选取及B样条轨迹规划

4.2.1 角点及转向点CSS检测

4.2.2 三次B样条轨迹规划

4.2.3 非线性误差补偿

4.3 激光显微切割轨迹规划系统实验平台

4.3.1 激光显微切割扫描控制系统模型分析

4.3.2 激光显微切割轨迹规划系统实现

4.4 激光显微切割轨迹规划算法MATLAB仿真实验

4.5 激光显微切割轨迹规划实验

4.5.1 一维移动平台轨迹规划实验

4.5.2 激光显微切割平台轨迹规划实验

4.5.3 胚胎应用实验

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

在学研究成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘云

导师: 闻路红,胡舜迪,洪欢欢

关键词: 激光显微切割,校准,轨迹规划,角点检测,误差补偿

来源: 宁波大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 宁波大学

分类号: TN249

DOI: 10.27256/d.cnki.gnbou.2019.000212

总页数: 67

文件大小: 3701K

下载量: 13

激光显微切割中的精密移动控制技术研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢