基于视觉定位与路径规划的自组装体实验平台的设计与实现
宏观超分子自组装是超分子化学热门研究领域，对超分子基础研究与应用研究具有重要意义。目前宏观超分子自组装实验都是在大量人工操作的基础上完成的，存在操作繁琐、机械重复性高、实验强度大、实验效率低等问题，耗费了科研人员的大量精力。因此，实现自动化的宏观超分子自组装实验对于超分子化学研究领域具有重要的现实意义。 本文结合机器视觉技术，对用于宏观超分子自组装的自动化实验平台进行了设计与实现，主要研究工作如下： （1）对宏观超分子自组装原理与人工操作过程进行分析，总结出自组装体实验自动化的基本需求。根据基本需求，设计自组装体实验平台，完成视觉系统、终端控制系统、执行系统的硬件选型，完成实验平台控制系统的输入输出点分配和控制电路设计。 （2）建立自组装体实验平台的三轴直角坐标机械臂运动学模型，完成该模型的正、逆运动学分析。研究相机的成像模型，利用MATLAB求解相机内参。研究手眼标定模型，采用平面九点标定法完成相机外参矩阵的标定。 （3）提出基于双标识物的振荡平台视觉定位算法，解决振荡平台定位问题。设计基于霍夫圆检测的圆杯分割定位算法，实现圆杯的定位。建立换液操作路径规划数学模型，提出基于多代局部最优解空间的混合蚁群群遗传算法，实现换液操作路径的优化。 （4）确定上位机与下位机、下位机与换液系统之间的通信方式。设计下位机控制程序，包括设备初始化、手动操作、自动操作等程序。设计上位机控制界面，实现自组装体实验平台的手动控制、自动控制及实验结果显示等功能。 （5）搭建自组装体实验平台，利用该平台手动控制模式，确定宏观超分子自组装自动化实验的主要参数；使用自动控制模式，进行宏观超分子自组装自动化实验，验证实验平台的稳定性与可靠性。
宏观超分子自组装;自动化实验平台;视觉定位;路径规划;自动控制
北京化工大学
硕士
机械工程
董力群;何松柏
2022
中文
O641.3
2022-11-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）