中科院首次實現(xiàn)4個磁性軟體微型機(jī)器人獨立位置控制

前言

首次實現(xiàn)4個磁性軟體微型機(jī)器人獨立位置控制

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)隊在微型機(jī)器人研究中取得進(jìn)展，針對相同磁場下多個磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人接收相同磁場而難以獨立控制的問題，團(tuán)隊提出一種完全解耦的多磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人獨立控制策略，首次實現(xiàn)4個磁性軟體微型機(jī)器人的獨立位置控制和3個磁性軟體微型機(jī)器人的獨立路徑跟隨控制。

據(jù)悉，相關(guān)成果發(fā)表在機(jī)器人領(lǐng)域期刊IEEE Transactions onRobotics上。

據(jù)介紹，多個微型機(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。然而獨立控制多個由外界磁場驅(qū)動的微型機(jī)器人具有挑戰(zhàn)，因為全局磁場中的多個微型機(jī)器人受到的磁場信號是相同的，難以實現(xiàn)選擇性地獨立驅(qū)動多個微型機(jī)器人中的某一個。

該研究提出一種新穎的多個磁驅(qū)動微型機(jī)器人完全解耦的獨立控制策略，可實現(xiàn)獨立控制4個微型機(jī)器人分別去往不同目標(biāo)位置，以及控制3個微型機(jī)器人分別跟蹤不同的參考路徑。

首先，設(shè)計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)行爬行運動。其次，設(shè)計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)計了最優(yōu)獨立驅(qū)動控制算法，可針對微機(jī)器人群期望的速度矩陣計算出相應(yīng)的最優(yōu)驅(qū)動磁場策略，實現(xiàn)被選擇的一個機(jī)器人速度非零，其他的近似為零。

仿真及實驗驗證了多個磁驅(qū)動微型機(jī)器人完全解耦的獨立控制策略。實驗結(jié)果表明，2至4個異構(gòu)軟體微型機(jī)器人的完全解耦獨立控制是可行的，且當(dāng)機(jī)器人數(shù)量不斷增加時，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。實驗中采用了基于視覺的伺服控制方法，實現(xiàn)了最多4個微型機(jī)器人的位置控制和3個毫微米機(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。

此外，研究還討論了最多可被獨立控制的微型機(jī)器人數(shù)量，探討了增加最大數(shù)量可能的方法。

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文章來源：環(huán)球tech

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