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  在國家自然科學基金、863計劃的資助下,面向生物醫學工程的微操作機器人系統,在系統設計與實現、顯微圖像處理與深度辨識、超微量定量注射等方面取得了數項原創性研究成果,獲天津市技術發明一等獎和國家技術發明二等獎。該系統中的相關技術獲得多項專利成果,ZL200510016296.7:基于顯微圖像處理的微操作工具深度信息提取方法及裝置,Z1200410018840.7:微量注射自動控制統,ZL031299245:全數字細分型高精度步進電機控制器,zL97121702.5:用于生物醫學工程的微操作機器人.    在國家863計劃重點項目資助下,該微操作機器人系統已經進入生命科學領域的示范性應用和產業化階段,主要應用領域包括顯微注射、顯微切割、病理分析等。    基于微操作機器人的數字切片掃描系統,是針對生物醫學切片數字化這一應用目標所構建的自動化微操作系統。通過掃描拼接的方式,將物理切片掃描生成數字圖像,可獲得原始切片在各種倍數物鏡下的所有信息,通過計算機進行顯示和操作,模擬真實顯微鏡下的觀察過程。數字切片突破了顯微鏡視野范圍限制,使用戶以更全面地觀察切片而不丟失細節;易于檢索和快速瀏覽;便于存儲和網絡信息交流,特別適合于醫學的遠程診斷和會診,以及實驗教學;可整合資源、節省資金,對于一些難以取得的切片,可通過數字化實現共享,而不用擔心由于切片破碎、褪色造成的問題。    該系統的主要技術特點包括:    微米級運動精度的手自一體的電控顯微鏡載物平臺;    高度并行的數字切片掃描策略,20分鐘內完成1厘米x1厘米大小的數字切片生成;    海量影像數據存儲和檢索策略,可實現切片的平滑瀏覽、無級放縮;    便捷、高效、友好的操作模式設計,系統具有很強的易用性    該系統結構及性能指標:    1.電動載物平臺規格參數:      行程:86mmx86mm      重復定位精度:±2um      最小步距:10um      最大運動速度:2000um/s      最小運動速度:1.4um/s      平整度:5um      測角精度:±2arc/s   2.數字切片掃描軟件性能及特點:      采用連通區域優先的融合軌跡規劃算法,圖像融合效果佳;      攝像參數靈活可控,白平衡、曝光、對焦,可采用軟件托管的自動控制同時支持手動設置;      支持預設攝像參數,并可按物鏡倍數進行分組預設,更換物鏡后,可直接調用相應的預設參數;      精確控制微動平臺運動定位,重復定位精度達到±2μm;   3.數字切片瀏覽軟件性能及特點:      可對超大圖像進行快速加載,并可流暢瀏覽數字切片。      可拖動瀏覽,可使圖像跟隨鼠標移動;      實時標記局部圖像的相對位置,實現縮略圖輔助定位;      圖像逐級放縮,不損失畫質;      可對自選的局部標定區域進行測量,測量精度±0.3μm;    物理切片的數字化,開啟了針對病理信息數字化處理的大門,借助于顯微圖蒙處理技術,可以廣泛地應用在病理分析、遠程醫療診斷、科研教學等諸多以切片為研究目標的在生物醫學領域。    我國,隨著數字化切片在醫學與生命科學領域的日益普及,顯微切片自動掃描系統的需求量將逐年擴大。目前,該系統樣機已經研制成功,正在進入市場營銷階段。國內外物醫學領域同類產品,主要面向大型醫療機構和研究所,一般價格都在40萬元人民幣以上。基于微操作機器人的數字切片掃描系統,由于具有全部自主知識產權,可以大幅度降低成本,有效打開中低端市場的主導產品。    本項目可極大地降低數字化切片技術的應用門檻，使此項技術在基層醫療單位得到更好的推廣應用，促進我國病理切片數字化管理和共享利用水平的提高，有效提升醫療診斷的服務水平，可生產良好的經濟效益和社會效益。

南開大學機器人與信息自動化研究所從1992年開始研制用于生物工程的微操作機器人系統，完成國內第一臺樣機，此后的系列樣機，均取得較好的應用效果。此項成果于1999年獲得國內最早的微操作機器人系統整體發明專利，并于2001年12月獲2000年度天津市技術發明一等獎，2003年3月獲2002年國家技術發明二等獎。近年來，針對我國在生命科學研究中對自動化精密儀器與設備的迫切需求，在已有研究成果的基礎上，機器人所致力于開發“面向批量細胞轉基因及克隆操作的顯微注射系統”，該系統具有顯微鏡全局視野

在國家自然科學基金、863計劃的資助下，面向生物醫學工程的微操作機器人系統，在系統設計與實現、顯微圖像處理與深度辨識、超微量定量注射等方面取得了數項原創性研究成果，獲天津市技術發明一等獎和國家技術發明二等獎。該系統中的相關技術獲得多項專利成果，ZL2005 1 0016296.7：基于顯微圖像處理的微操作工具深度信息提取方法及裝置，ZL2004 1 0018840.7：微量注射自動控制系統，ZL03 1 29924.5：全數字細分型高精度步進電機控制器，ZL97121702.5：用于生物醫學工程的

項目的背景及目的 作為特型機器人的一種，微操作機器人因其具有系統位移精度高，定位精密，操作精密等特性，將人們的工作空間從宏觀領域拓展到了細微空間領域。用于生物工程中的微操作機器人系統，可以代替人工完成生物實驗中常見的細胞級顯微操作（轉基因微注射，染色體切割，細胞分離，細胞融合等）。 技術原理與工藝流程 因為生物和醫學試驗中的顯微操作過程是對生物細微體，如生物細胞、染色體等活性物質進行顯微操

研究方向：微操作機器人系統、微納設計與加工、生物模式形成與組 織發育建模。 項目簡介： 在國家自然科學基金國家重大科研儀器設備研制專項（項目編號 61327802）等資助下，本項目研究團隊自主研發了面向生命科學的原 位顯微分析與操作儀。研究團隊利用該儀器實現了機器人化的體細胞 核移植，進而將該技術應用于豬克隆流程，成功獲得了克隆豬仔。這 是國際上首次利用機器人技術獲得的克隆豬。 作為一種常用的外源物導入細胞的方式，細胞顯微操作技術廣泛 應用于生物工程領域。為了減輕實驗操作者的工作負擔，研究者開發 出自動化微操作系統，實現了自動化胚胎注射、機器人化單精注射、 機器人化貼壁細胞注射等多類微操作。然而，目前自動化微操作的操 作過程與手工操作類似，這些操作在保證操作本身高效、高成功率的 同時，并沒有考慮到微操作對后續生物過程（如后續細胞培養）的影 響，因此無法獲得顯著優于手工操作的生物結果。 研究團隊面向生命科學發展的迫切需求，研制出具有可視化、微 創化、定點化、定量化功能的，集檢測分析與操作于一體的原位顯微 分析與操作儀，利用該儀器實現了機器人化的細胞核移植流程，并通 過分析微操作工具與細胞接觸過程中的細胞受力情況，實現了基于最 小力的細胞撥動與細胞抽核，保證了細胞核移植操作過程中細胞受力 最小。實驗結果表明，基于最小力的細胞撥動與細胞抽核方法，顯著 減少了細胞撥動過程對細胞的傷害；后續細胞培養實驗表明，與人工 操作相比，細胞后續發育率顯著提高,標志克隆成功的體外囊胚率從 10%提高到 21%。2017 年 1 月初，研究團隊分四批完成了 510 例核 移植操作,并將這 510 枚克隆胚胎移植到 6 頭母豬體內，兩頭母豬順利受孕；4 月底，兩頭受孕母豬產下成活克隆豬 17 頭。 上述研究第一次用后續細胞培養成功率作為評測依據，建立了操 作過程細胞受力情況與后續細胞發育的聯系,得出了操作過程細胞受 力越小，則傷害越小，最終細胞發育成功率越高的結論。該研究對其 它機器人化生物操作有借鑒意義。

本項目研究團隊自主研發了面向生命科學的原位顯微分析與操作儀。研究團隊利用該儀器實現了機器人化的體細胞核移植，進而將該技術應用于豬克隆流程，成功獲得了克隆豬仔。這是國際上首次利用機器人技術獲得的克隆動物。 研究團隊面向生命科學發展的迫切需求，研制出具有可視化、微創化、定點化、定量化功能的，集檢測分析與操作于一體的原位顯微分析與操作儀，利用該儀器實現了機器人化的細胞核移植流程，并通 過分析微操作工具與細胞接觸過程中的細胞受力情況，實現了基于最小力的細胞撥動與細胞抽核，保證了細胞核移植操作過程中細胞受力最小。實驗結果表明，基于最小力的細胞撥動與細胞抽核方法，顯著減少了細胞撥動過程對細胞的傷害；后續細胞培養實驗表明，與人工操作相比，細胞后續發育率顯著提高,標志克隆成功的體外囊胚率從10%提高到 21%。2017 年 1 月初，研究團隊分四批完成了 510 例核移植操作,并將這 510 枚克隆胚胎移植到 6 頭母豬體內，兩頭母豬順利受孕；4 月底，兩頭受孕母豬產下成活克隆豬 17 頭。 上述研究第一次用后續細胞培養成功率作為評測依據，建立了操作過程細胞受力情況與后續細胞發育的聯系,得出了操作過程細胞受力越小，則傷害越小，最終細胞發育成功率越高的結論。該研究對其它機器人化生物操作有借鑒意義。在深度信息提取、顯微視野拓展、超聲振動細胞穿入等方面擁有多項專利。

工業機器人是一套自主研制的機器人設備，具有兩個四個自由度的關節臂，采用視覺的方式跟蹤流水線上目標物，利用四指夾具通過驅動機械臂準確的抓取目標物，將流水線上的產品進行裝箱的操作。目前福建已經有一家公司已經采用了本套設備進行產品加工。操作流程主要包括備料、取料、放料、取件、放件。使用工業機器人可以降低廢品率和產品成本，提高了機床的利用率，降低了工人誤操作帶來的殘次零件風險等，其帶來的一系列效益也十分明顯。

產品詳細介紹電源：使用9V電池產品重量：742g (26.1oz)產品尺寸: 9.5cm * 3.5cm * 29.8cm外包裝尺寸 26.7 * 14.3 * 6.8cm外包裝重量: 782g響應頻率：20 bis 20.000 Hz (+/- 0.5 dB)信噪比：82 dB @ 1 Khz, bei -30dBuTHD：低於0.03％@ 1千赫，-36dBu擴大範圍：max. +15dB接通電源XLR輸入：48V bei max. 14 mA支援手機的最大/最小寬度：58~90mm支援iOS and Android的智慧型手機，也可用於有3.5mm插孔的相機上使用Saramonic SmartMixer 1臺，3.5mm插入式電容麥克風 2個，鋁合金手把(海綿握柄) 1隻，鋁合金手機夾座(可調大小) 1個，1/4″螺絲轉熱靴底座，mini-XLR to standard-XLR cable included連結線 1條，3.5mm-3.5mm插頭連結線 2條

在國家自然科學基金等項目資助下，本課題組在2003年成功研制出基于立體視覺的顯微操作裝配工作站，主要用于對微小物體進行操作和微小系統的裝配，已推廣到臺灣大學等地區使用，近年來結合不同領域用戶實際需求，不斷改進，顯著改善了系統的可靠性、模塊化、靈活性、控制軟件智能化程度，拓寬了本技術的應用范圍，在多種微納器件和系統的集成制造中發揮了重要作用。系統具有圖像采集、圖像獲取，三維成像、三維測量、微小系統裝配、微小零件在線修磨等，還可以根據用戶具體要求定制特殊功能。系統配置可根據用戶要求選配，一種典型的配置如下：高倍立體顯微成像系統、微操作器、數控微位移工作臺、彩色CCD攝像機、高速圖像采集及立體顯示卡、高分辨率顯示器、微型計算機以及可選操縱單元（夾持器、真空吸盤、噴涂裝置等）等。具有動靜態彩色立體成像及顯示。 系統典型技術參數如下：光學分辨率水平方向最高可達到500nm，深度方向分辨率最高可達到80nm，立體視覺的深度分辨率為10um，X/Y每軸運動范圍：50mm，Z軸運動范圍：25mm，運動分辨率：1μm(per step)，自動引導重復定位精度：±3μm；具有操作自動尋位、自動避障功能；有真空吸附與夾鉗式拾取器（操作手）；具有空間位置測量及相對距離測量功能，圖像處理與分析功能、可以實現存儲、打印等操作。

項目背景及意義 國內外反恐排爆形式日趨嚴峻，一系列的惡性暴恐事件，對社會和國家造成重大損失。因此，研發專用于爆炸環境的應急處置特種機器人，代替人進入有爆炸可疑物的危險場所中，通過場外人員的遙操作實時控制，完成對現場的搜索、探測和對可疑物的處理，減少排爆人員的傷亡。研究基于遙操作技術的排爆機器人操作方法，提高機器人的操作性能，增加排爆的成功率。同時，機器人的研制將帶動相關行業領域自主創新和技術進步，提升我國排爆機器人裝備在國際市場的核心競爭力，推動經濟轉型升級。 項目展示及介紹 本單位開發的遙操作排爆機器人由兩部分組成：實物樣機和控制系統，樣機由機械臂、運動平臺、控制箱組成；控制系統由操作人員的控制端和車載機械臂的執行端組成。樣機機械臂由4+1個自由度組成，用于完成可疑爆炸物的抓取；履帶型移動平臺保證排爆機器人可以安全可靠到達操作環境，控制箱是控制排爆機器人各關節的“手柄”，通過控制面板上的旋鈕、按鍵等控件完成排爆任務。排爆機器人樣機是軀干、控制系統是大腦、控制方式是思維策略、通訊方式是神經，其中控制系統是本設備的研究重點。 本套設備選用國產控制器作為控制端和車載端的控制核心；選用無線通訊設備保證機器人可以在距操作者八百米仍可以正常工作；選用推桿和旋鈕保證操作簡便，控制可靠。使用上位機軟件進行程序編寫，通訊和控制方式主要是串口和CAN。 項目特點： 遙操作控制 排爆機器人采用的遙控操作方式，由操作人員在遠端控制臺控制機器人執行相關排爆操作，然后控制信號經遠距離無線通訊系統傳遞給機器人機載接收機，進入控制器，控制機器人本體的機構運動，通信內容包括數據、視頻、音頻信息。 遙操作技術將排爆人員從危險的環境中解放出來，對于保護排爆人員人身安全具有重要意義。遙操作技術克服了傳統線纜操作的局限性，可以保證一定的數據穿透能力。 多傳感器信息融合 排爆機器人的工作環境較為惡劣現場非傳統結構化已知空間，在機身及機械臂上安裝了較多的傳感器，用于檢測機體及外部環境信息。融合多傳感器采集到的信息，無損、安全傳送給遠端操作人員，為操作人員提供準確可靠的現場信息。提高排爆的成功概率。 排爆機械臂運動控制研究 此部分研究主要包括排爆機械臂運動學及動力學特性分析、排爆機械臂運動控制算法研究等。此部分的研究難點在于機械臂逆運動學的實時分析和多自由度機械臂末端運動的精確控制。 主要技術指標：