深圳先進院在磁驅(qū)動軟體薄膜微型機器人研究中獲進展
近日,機器人與智能系統(tǒng)領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)會議——IEEE智能機器人與系統(tǒng)國際會議(International Conference on Intelligent Robots and Systems,IROS)在中國澳門舉行。中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院集成所智能仿生中心團隊發(fā)表的論文"Visual servoing of miniature magnetic film swimming robots for 3D arbitrary path following",從2494篇投稿的文章中,經(jīng)過文章和報告兩次評選,獲得最佳應(yīng)用論文獎(IROS ICROS Best Application Paper Award)。副研究員徐天添和研究員吳新宇為論文共同通訊作者,徐天添課題組碩士研究生黃晨陽為論文第一作者,論文其余兩位作者為吳新宇的博士生劉佳、Laliphat Manamanchaiyaporn。這是中國大陸地區(qū)近十年來第一次獲得IROS的最佳論文獎項。
由外部磁場驅(qū)動的不受束縛的軟體微型機器人因其軟而靈活的身體結(jié)構(gòu),在微裝配、微創(chuàng)診斷、靶向送藥等方面都有著巨大的應(yīng)用前景。論文報道了一種以硅膠為基質(zhì)的帶磁性顆粒的軟體薄膜微型機器人,可以在外界旋轉(zhuǎn)磁場作用下自動形成螺旋形狀,并在粘性液體中游動。與剛性機器人相比,軟體薄膜機器人可與周圍環(huán)境發(fā)生柔性接觸,在未來生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中,可以避免給組織器官造成損傷。磁驅(qū)動軟體薄膜微型機器人在靶向給藥,例如針對消化道內(nèi)的腫瘤的靶向給藥方面有非常大的應(yīng)用潛力。 論文提出了一種基于向量場的路徑跟隨控制算法并實現(xiàn)了毫米級磁驅(qū)動軟體微型機器人3D任意路徑的跟隨控制。三維路徑由關(guān)鍵點序列表示,相鄰點之間連接成的線段作為路徑子段。三維路徑跟隨控制任務(wù)可以看作是多個子段任務(wù)的組合,是一個迭代的過程;谠摽刂扑惴ㄔO(shè)計的交互系統(tǒng)中,用戶可以通過3D繪圖鼠標繪制任意曲率的3D參考路徑。在整個閉環(huán)控制系統(tǒng)中,外環(huán)控制器為路徑跟隨控制器,通過向量場的方法計算出下一時刻機器人的理想前進方向。內(nèi)環(huán)控制器為轉(zhuǎn)向控制器,針對參數(shù)不確定運動模型設(shè)計的控制算法計算下一時刻驅(qū)動線圈的驅(qū)動角向量。基于滑窗濾波和最小二乘設(shè)計的3D雙目視覺測量系統(tǒng)用于實時定位和估計機器人前進方向。該方法在未來的微型機器人遠程外科手術(shù)中具有非常重要的意義,外科手術(shù)醫(yī)生可以很方便地遠程繪制路徑,從而讓微型機器人自動完成路徑跟隨任務(wù)。(來源: 深圳先進技術(shù)研究院) 相關(guān)鏈接:https://www.researchgate.net/publication/334692223_Visual_servoing_of_miniature_magnetic_film_swimming_robots_for_3D_arbitrary_path_following |