深圳先進院微型特種機器人研究獲進展
近日,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(jié)合交互式控制,使微型機器人技術(shù)更加貼近實際應(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年機器人領(lǐng)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(nèi)容進行了報告和展示,與來自全世界的同領(lǐng)域研究者們進行交流和討論。
微型機器人技術(shù)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(shù)手段之一,對促進新時代生產(chǎn)、醫(yī)療和生化實驗技術(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器人操控技術(shù)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(nèi)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(yīng)用的角度出發(fā),結(jié)合例如眼部手術(shù)等實際需求,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方法相結(jié)合,達到“所見即所得”,在保證精度的前提下實現(xiàn)了具有應(yīng)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(shù)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(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(shè)備所繪制的深藍色路徑,以及微型機器人實際質(zhì)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(guān)鍵詞: 機器人
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