磁控软体微型机器人的路径跟随控制研究

发布时间：2021-11-08 05:41

　　从大自然中获取了设计微型机器人的灵感,这些机器人可以在狭窄的、人类无法到达的区域中运动,并执行对环境无创的任务,例如微装配、细胞操作、污染物降解、微创治疗、定向诊断和靶向给药等。在过去的十年中,这一领域在许多方面正在发生变化,其中最重要的变化包括从硬质刚性结构到软体柔性结构转变、从开环控制到闭环控制转变、从单一运动模态到多运动模态的转变。与硬质的微型机器人相比,依靠功能材料弯曲或形变产生运动的软体微型机器人在动态的复杂环境中表现出更高的适应能力。然而,由于软体微型机器人运动的复杂性,其结构设计、驱动设计、运动控制是具有挑战的。本课题围绕软体微型机器人驱动系统、控制系统、以及多运动模态设计与建模展开了深入研究。首先,针对磁驱动软体微型机器人运动机制、磁驱动原理,设计并开发了一整套具有友好交互性的多自由度磁驱动微型机器人操控系统。该系统包含了主控制线程、线圈驱动线程、视觉反馈线程、GUI用户交互界面线程等模块,可以实时监控和虚拟重建微型机器人及周边环境状态。该系统可以实现多种磁场的生成与控制,包括恒定、旋转、振荡、锥形、脉冲等磁场,以及用户自定义磁场。通过开放的接口设计,研究人员可以基于该... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 .课题背景与意义
    1.2 .软体微型机器人的研究现状
        1.2.1 .最新的磁驱动微型机器人设计
        1.2.2 .微型机器人的路径跟随控制
        1.2.3 .多运动模态的微型机器人
    1.3 .本课题研究内容
    1.4 .小结
第2章 软体微型机器人磁驱动研究
    2.1 概述
    2.2 运动模型
    2.3 磁驱动原理
    2.4 磁驱动设备
    2.5 小结
第3章 软体微型机器人的路径跟随控制研究
    3.1 概述
    3.2 软体微型机器人力学简化模型
    3.3 路径跟随任务问题描述
    3.4 控制系统设计
        3.4.1 机器人位置姿态估计
        3.4.2 外环控制率
        3.4.3 内环控制率
        3.4.4 自适应补偿设计
        3.4.5 李雅普诺夫稳定性分析
    3.5 实验
        3.5.1 机器人设计与制作
        3.5.2 重力补偿实验
        3.5.3 控制增益对系统性能影响
        3.5.4 三维任意路径跟随实验
    3.6 小结
第4章 多运动模态的软体微型机器人研究
    4.1 概述
    4.2 多运动模态软体微型机器人设计
    4.3 力学简化模型
        4.3.1 爬行运动
        4.3.2 摆动运动
        4.3.3 翻滚运动
        4.3.4 螺旋推进运动
    4.4 实验
        4.4.1 多模态运动实验
        4.4.2 爬行运动性能分析
        4.4.3 摆动运动性能分析
        4.4.4 翻滚运动性能分析
        4.4.5 螺旋推进运动性能分析
    4.5 小结
第5章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3483121