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由于MEMS(微机电系统)、生物医学工程、精密光学工程和超精密加工等领域的快速发展,迫切需要能够实现微米级、甚至纳米级精密定位系统,各种大行程精密定位系统应运而生。上世纪80年代的中后期,国内外学者相继开展了宏/微双驱动微操作系统的开发研究。经过近20年的探索,不论是从理论还是从应用,都证明了宏/微双驱动微操作系统在很多方面的性能优于传统的采用单一驱动方式的微操作系统。本文在阅读大量的相关文献资料的基础上,致力于基于机器视觉的宏/微双驱动微操作系统、序列图像清晰度评价、图像融合、显微视觉伺服控制等的研究。利用混合电机和丝杠机构的行程长、驱动力大等特点来构成微操作系统的宏动部分;而利用压电陶瓷(PZT)的响应速度快、精度高、无摩擦等特点制作的压电驱动器来构成微动部分。微操作系统既实现了大行程,又达到很高的定位精度。针对目前很多微操作系统的协调控制难的缺点,提出了利用机器视觉来协调宏动和微动的各自控制部分。将微操作系统的末端执行工具与目标部件的距离作为控制阈值,大于阈值时启动宏动驱动器进行驱动和控制;小于阈值时启动压电驱动器进行驱动和控制。本文以生物工程中的细胞注射操作为应用背景,设计了机器视觉系统,并对各项关键技术进行了系统深入的研究。由于将宏/精微操作系统与采用基于图像模式的视觉伺服控制系统相结合,提高了整体微操作系统的移动速度、距离和控制精度,解决了实际工程中遇到的移动位移小、定位精度低以及控制难等问题。最后作为此宏/微双驱动微操作系统的应用,以模拟生物工程中的细胞注射操作为例,对微操作系统的硬件和软件系统进行整体的系统测试。结果证明本系统的识别、跟踪、定位及控制都达到了预期的目的。本文由国家高技术研究发展计划项目(863计划)《多自由度压电精密驱动器》(项目编号:2002AA423150)、国家自然科学基金重点项目《压电精密致动技术基础研究》(项目编号:50735002)和长春市新星创业基金《压电步进驱动器的开发及应用》(项目编号:04-08XC279)提供资助,是这三个项目研究工作的一部分。