深圳先進(jìn)院微型特種機(jī)器人研究獲進(jìn)展
近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間努力,研究出針對(duì)低雷諾數(shù)液體中磁控微型機(jī)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(zhǔn)確性,并支持人機(jī)結(jié)合交互式控制,使微型機(jī)器人技術(shù)更加貼近實(shí)際應(yīng)用。相關(guān)研究結(jié)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(jī)器人領(lǐng)域會(huì)議IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS,IEEE智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議)上,前者已申請(qǐng)一項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利。兩篇論文作者在IROS會(huì)場(chǎng)對(duì)論文內(nèi)容進(jìn)行了報(bào)告和展示,與來(lái)自全世界的同領(lǐng)域研究者們進(jìn)行交流和討論。
微型機(jī)器人技術(shù)研究是發(fā)展微創(chuàng)醫(yī)療、微操縱和微機(jī)電系統(tǒng)的重要技術(shù)手段之一,對(duì)促進(jìn)新時(shí)代生產(chǎn)、醫(yī)療和生化實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。該領(lǐng)域內(nèi),靈活性和精確性是微型機(jī)器人操控技術(shù)的兩大難點(diǎn)。難點(diǎn)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(cè)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外科研人員多年努力,在微型機(jī)器人的姿態(tài)控制和軌跡跟隨上已有一批實(shí)驗(yàn)可行的方法,但其控制策略缺乏靈活性,難以在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)。 研究中,徐天添工作組從應(yīng)用的角度出發(fā),結(jié)合例如眼部手術(shù)等實(shí)際需求,將基于圖像的位置伺服技術(shù)(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(chǔ)方法相結(jié)合,達(dá)到“所見(jiàn)即所得”,在保證精度的前提下實(shí)現(xiàn)了具有應(yīng)用價(jià)值的人機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)。該方法肯定了人在操縱過(guò)程中的核心地位,并利用IBVS技術(shù)的穩(wěn)定性和精確性,取長(zhǎng)補(bǔ)短,達(dá)到像素量綱上任意軌跡跟隨時(shí)最大誤差小于微型機(jī)器人體長(zhǎng)的3%,RMS誤差小于5%。 研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科創(chuàng)委學(xué)科布局的資助。 左上圖為該路徑跟隨方法的模型描述,可見(jiàn)點(diǎn)列的路徑存儲(chǔ)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(huà)面,可見(jiàn)用戶通過(guò)鼠標(biāo)等設(shè)備所繪制的深藍(lán)色路徑,以及微型機(jī)器人實(shí)際質(zhì)心經(jīng)過(guò)的淺藍(lán)色路徑;右下圖為位置誤差(微型機(jī)器人參考體長(zhǎng)為300px)。 關(guān)鍵詞: 機(jī)器人
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