深圳先進院微型特種機器人研究獲進展
近日,中國科學院深圳先進技術研究院集成所智能仿生中心副研究員徐天添工作組,經(jīng)過長時間努力,研究出針對低雷諾數(shù)液體中磁控微型機器人的路徑跟隨方法,以及一套全新的多自由度磁控裝置。該成果具有更高的控制準確性,并支持人機結合交互式控制,使微型機器人技術更加貼近實際應用。相關研究結果Image-Based Visual Servoing of Helical Microswimmers for Arbitrary Planar Path Following at Low Reynolds Numbers和The Hybrid System with a Large Workspace towards Magnetic Micromanipulation within the Human Head相繼發(fā)表在2017年機器人領域會議IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS,IEEE智能機器人與系統(tǒng)國際會議)上,前者已申請一項中國發(fā)明專利。兩篇論文作者在IROS會場對論文內容進行了報告和展示,與來自全世界的同領域研究者們進行交流和討論。
微型機器人技術研究是發(fā)展微創(chuàng)醫(yī)療、微操縱和微機電系統(tǒng)的重要技術手段之一,對促進新時代生產(chǎn)、醫(yī)療和生化實驗技術的發(fā)展具有重要意義。該領域內,靈活性和精確性是微型機器人操控技術的兩大難點。難點一方面取決于控制系統(tǒng)的控制策略,另一方面取決于檢測系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。經(jīng)過國內外科研人員多年努力,在微型機器人的姿態(tài)控制和軌跡跟隨上已有一批實驗可行的方法,但其控制策略缺乏靈活性,難以在實際中實現(xiàn)。 研究中,徐天添工作組從應用的角度出發(fā),結合例如眼部手術等實際需求,將基于圖像的位置伺服技術(Image-based visual servoing, IBVS)與“用戶自定義繪制”的交互式的路徑給定以及存儲方法相結合,達到“所見即所得”,在保證精度的前提下實現(xiàn)了具有應用價值的人機協(xié)同控制系統(tǒng)。該方法肯定了人在操縱過程中的核心地位,并利用IBVS技術的穩(wěn)定性和精確性,取長補短,達到像素量綱上任意軌跡跟隨時最大誤差小于微型機器人體長的3%,RMS誤差小于5%。 研究工作得到了國家自然科學基金、深圳市科創(chuàng)委學科布局的資助。 左上圖為該路徑跟隨方法的模型描述,可見點列的路徑存儲方式;左下為多自由度磁控裝置的3D建模示例;右上為路徑跟隨方法的監(jiān)視器畫面,可見用戶通過鼠標等設備所繪制的深藍色路徑,以及微型機器人實際質心經(jīng)過的淺藍色路徑;右下圖為位置誤差(微型機器人參考體長為300px)。 關鍵詞: 機器人
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