從大自然中獲取了設(shè)計微型機(jī)器人的靈感,這些機(jī)器人可以在狹窄的、人類無法到達(dá)的區(qū)域中運(yùn)動,并執(zhí)行對環(huán)境無創(chuàng)的任務(wù),例如微裝配、細(xì)胞操作、污染物降解、微創(chuàng)治療、定向診斷和靶向給藥等。在過去的十年中,這一領(lǐng)域在許多方面正在發(fā)生變化,其中最重要的變化包括從硬質(zhì)剛性結(jié)構(gòu)到軟體柔性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、從開環(huán)控制到閉環(huán)控制轉(zhuǎn)變、從單一運(yùn)動模態(tài)到多運(yùn)動模態(tài)的轉(zhuǎn)變。與硬質(zhì)的微型機(jī)器人相比,依靠功能材料彎曲或形變產(chǎn)生運(yùn)動的軟體微型機(jī)器人在動態(tài)的復(fù)雜環(huán)境中表現(xiàn)出更高的適應(yīng)能力。然而,由于軟體微型機(jī)器人運(yùn)動的復(fù)雜性,其結(jié)構(gòu)設(shè)計、驅(qū)動設(shè)計、運(yùn)動控制是具有挑戰(zhàn)的。本課題圍繞軟體微型機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、以及多運(yùn)動模態(tài)設(shè)計與建模展開了深入研究。首先,針對磁驅(qū)動軟體微型機(jī)器人運(yùn)動機(jī)制、磁驅(qū)動原理,設(shè)計并開發(fā)了一整套具有友好交互性的多自由度磁驅(qū)動微型機(jī)器人操控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含了主控制線程、線圈驅(qū)動線程、視覺反饋線程、GUI用戶交互界面線程等模塊,可以實時監(jiān)控和虛擬重建微型機(jī)器人及周邊環(huán)境狀態(tài)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種磁場的生成與控制,包括恒定、旋轉(zhuǎn)、振蕩、錐形、脈沖等磁場,以及用戶自定義磁場。通過開放的接口設(shè)計,研究人員可以基于該... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)廣東省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 .課題背景與意義
    1.2 .軟體微型機(jī)器人的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 .最新的磁驅(qū)動微型機(jī)器人設(shè)計
        1.2.2 .微型機(jī)器人的路徑跟隨控制
        1.2.3 .多運(yùn)動模態(tài)的微型機(jī)器人
    1.3 .本課題研究內(nèi)容
    1.4 .小結(jié)
第2章 軟體微型機(jī)器人磁驅(qū)動研究
    2.1 概述
    2.2 運(yùn)動模型
    2.3 磁驅(qū)動原理
    2.4 磁驅(qū)動設(shè)備
    2.5 小結(jié)
第3章 軟體微型機(jī)器人的路徑跟隨控制研究
    3.1 概述
    3.2 軟體微型機(jī)器人力學(xué)簡化模型
    3.3 路徑跟隨任務(wù)問題描述
    3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計
        3.4.1 機(jī)器人位置姿態(tài)估計
        3.4.2 外環(huán)控制率
        3.4.3 內(nèi)環(huán)控制率
        3.4.4 自適應(yīng)補(bǔ)償設(shè)計
        3.4.5 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析
    3.5 實驗
        3.5.1 機(jī)器人設(shè)計與制作
        3.5.2 重力補(bǔ)償實驗
        3.5.3 控制增益對系統(tǒng)性能影響
        3.5.4 三維任意路徑跟隨實驗
    3.6 小結(jié)
第4章 多運(yùn)動模態(tài)的軟體微型機(jī)器人研究
    4.1 概述
    4.2 多運(yùn)動模態(tài)軟體微型機(jī)器人設(shè)計
    4.3 力學(xué)簡化模型
        4.3.1 爬行運(yùn)動
        4.3.2 擺動運(yùn)動
        4.3.3 翻滾運(yùn)動
        4.3.4 螺旋推進(jìn)運(yùn)動
    4.4 實驗
        4.4.1 多模態(tài)運(yùn)動實驗
        4.4.2 爬行運(yùn)動性能分析
        4.4.3 擺動運(yùn)動性能分析
        4.4.4 翻滾運(yùn)動性能分析
        4.4.5 螺旋推進(jìn)運(yùn)動性能分析
    4.5 小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果



本文編號：3483121