题目：线虫分拣微操作机器人系统研制

在医学研究领域，生物医学已经从分子水平上发展到探索疾病发病机理和揭示生命现象本质的阶段。秀丽线虫作为一种模式生物，以其自身形体、组织等特点得到越来越多的生物学家的青睐，已经成为生物医学研究中不可替代的实验载体。在以线虫为载体的高通量生物学实验中，需要分析大量的线虫来采集足够的实验数据。目前该项工作普遍采用手工完成，致使工作强度大、操作者易疲劳、人为误差不可避免。因此，对于线虫分拣微操作技术的研究具有重要意义。本文针对分拣微操作系统的操作特点，首先阐述了该系统的设计要求，从整体上介绍了整个系统的物理结构、逻辑结构以及其软件结构，给出了系统的工作流程。对于微操作系统来说，机械本体是其最重要的组成部分。本文根据系统要求，设计了线虫分拣微操作机器人的机械本体，包括一个两自由度扫描平台以及一个两自由度微操作手。扫描平台用于实现针对搭载的培养皿的扫描运动，微操作手用于将线虫从培养皿中拾取出来，并转移到指定的收集皿中。详细介绍了基于LM628的扫描平台伺服电机运动控制系统。设计了平台的PID参数调整实验和定位精度实验，得到了良好的PID参数，平台定位精度良好。介绍了微操作手的步进电机控制平台。本课题研究中，被操作的物体是直径在30-100μm的微小软体秀丽线虫，其形状体积不规则、存在形态不同，而且操作对象是生物体，因此需要设计专用的微拾取工具。考虑到真空微夹结构简单、易于控制、便于与机械手主体集成、工作平稳、可靠，不易损坏线虫表面的特点，因而采用真空吸附的方式进行本课题中微小被操作对象的收集拾取和搬运释放操作。由于分拣目标具有形状体积不规则、存在型态不同等特殊性质，因而本文对微操作对象的力学特性进行了分析，设计了能精确控制压力的真空吸附单元来进行微操作对象的拾取操作。即利用负压进行吸取收集操作，利用正压把被操作对象释放到指定的实验器皿中。 本文最后利用研制的分拣微操作系统，对线虫的培养皿，进行了真空拾取收集实验。实验表明了所研制的真空微夹满足系统设计要求，同时分拣微操作系统已经初步具备了完成生物学分拣实验的要求。