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深圳先進(jìn)院在多個(gè)磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人的獨(dú)立控制研究中取得進(jìn)展

稿件來源:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 責(zé)任編輯:ICAC 發(fā)布時(shí)間:2022-03-31

  近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所智能仿生中心團(tuán)隊(duì)在微型機(jī)器人研究中取得進(jìn)展,針對相同磁場下多個(gè)磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人接收相同磁場而難以獨(dú)立控制的問題,團(tuán)隊(duì)提出一種完全解耦的多磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人獨(dú)立控制策略,首次實(shí)現(xiàn)4個(gè)磁性軟體微型機(jī)器人的獨(dú)立位置控制和3個(gè)磁性軟體微型機(jī)器人的獨(dú)立路徑跟隨控制。 

  個(gè)微型機(jī)器人可協(xié)同執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù),從而增加系統(tǒng)冗余度和擴(kuò)展性,提高任務(wù)執(zhí)行效率。然而獨(dú)立控制多個(gè)外界磁場驅(qū)動的微型機(jī)器人具有挑戰(zhàn),因?yàn)槿执艌鲋械亩鄠€(gè)微型機(jī)器人受到的磁場信號是相同的,難以實(shí)現(xiàn)選擇性獨(dú)立驅(qū)動多個(gè)微型機(jī)器人中的某一個(gè)。 

  該研究提出一種新穎的多個(gè)磁驅(qū)動微型機(jī)器人完全解耦的獨(dú)立控制策略,可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制4個(gè)微型機(jī)器人分別去往不同目標(biāo)位置,以及控制3個(gè)微型機(jī)器人分別跟蹤不同的參考路徑。首先,設(shè)計(jì)了一種毫米級軟體微機(jī)器人,可被外界振蕩磁場驅(qū)動,并在平面上進(jìn)行爬行運(yùn)動。其次,設(shè)計(jì)并制作了一系列具有相同幾何形狀但磁化方向不同的異構(gòu)軟體微型機(jī)器人,這些不同磁化方向的軟體微型機(jī)器人對振蕩磁場的速度響應(yīng)曲線相同,但相位不同。然后,基于異構(gòu)機(jī)器人的速度響應(yīng)模型,設(shè)計(jì)了最優(yōu)獨(dú)立驅(qū)動控制算法,可針對微機(jī)器人群期望的速度矩陣計(jì)算出相應(yīng)的最優(yōu)驅(qū)動磁場策略,實(shí)現(xiàn)被選擇的一個(gè)機(jī)器人速度非零,其他的近似為零。 

  仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了多個(gè)磁驅(qū)動微型機(jī)器人完全解耦的獨(dú)立控制策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,2至4個(gè)異構(gòu)軟體微型機(jī)器人的完全解耦獨(dú)立控制是可行的,且當(dāng)機(jī)器人數(shù)量不斷增加時(shí),可能存在步態(tài)不穩(wěn)定、速度耦合的情況,但通過反饋控制得到優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)中采用了基于視覺的伺服控制方法,實(shí)現(xiàn)了最多4個(gè)微型機(jī)器人的位置控制和3個(gè)毫微米機(jī)器人的路徑跟蹤控制,控制誤差小于身體長度的三分之一。研究還討論了最多可被獨(dú)立控制的微型機(jī)器人數(shù)量,探討了增加最大數(shù)量可能的方法。 

  相關(guān)成果發(fā)表在機(jī)器人領(lǐng)域期刊IEEE Transactions on Robotics上。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金,以及廣東省、中科院、深圳市等科技項(xiàng)目的資助。 

  論文鏈接  

   

  多個(gè)磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人獨(dú)立控制示意圖 

   

  多個(gè)磁矩異構(gòu)的軟體微型機(jī)器人在相同振蕩磁場中具體不同的速度響應(yīng) 

   

  3:多個(gè)磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人完全解耦的獨(dú)立控制策略框圖 

   

  多個(gè)磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人被獨(dú)立控制前往不同目標(biāo)位置 

   

  多個(gè)磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人被獨(dú)立控制跟隨不同參考路徑 

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