中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院智能仿生技術(shù)中心徐天添研究團(tuán)隊(duì)在磁驅(qū)微型機(jī)器人自動(dòng)化操控方面取得進(jìn)展。相應(yīng)成果為“Liu J, Xu TT, Yang SX, et al. Navigation and visual feedback control for magnetically driven helical miniature swimmers [J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2020, 16(11): 447-487(磁驅(qū)微型機(jī)器人的導(dǎo)航與視覺(jué)反饋控制)”。

由于磁驅(qū)微型機(jī)器人在醫(yī)療方面具有微創(chuàng)性和易于通過(guò)復(fù)雜狹小環(huán)境的特點(diǎn)，近年來(lái)受到研究者廣泛關(guān)注。目前，磁驅(qū)動(dòng)微型的導(dǎo)航與控制仍然是具有挑戰(zhàn)性的研究工作。該研究提出一種磁驅(qū)微型機(jī)器人的自動(dòng)化操控方法：首先，采用一種全局規(guī)劃算法，即優(yōu)化的隨機(jī)探索樹(shù)來(lái)計(jì)算復(fù)雜環(huán)境下的可行路徑；其次，提出一種基于視覺(jué)反饋的路徑跟隨控制算法，同時(shí)給出了穩(wěn)定定性的分析。特別地，采用單隱層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)逼近磁驅(qū)微型機(jī)器人自轉(zhuǎn)方向與實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向之間的映射關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的隨機(jī)搜索樹(shù)方法用最短的搜索步驟找到了最短的平滑路徑，滿足磁驅(qū)微型機(jī)器人非完整約束運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。穩(wěn)定的控制可以確保磁驅(qū)微型機(jī)器人跟隨規(guī)劃出的路徑，達(dá)到了亞毫米級(jí)的操控精度。

該工作首次將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于磁驅(qū)微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)建模與控制中，成功實(shí)現(xiàn)磁驅(qū)微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制，這為磁驅(qū)微型機(jī)器人靶向醫(yī)療提供了重要的理論參考和工程實(shí)踐技術(shù)基礎(chǔ)。

平面空間自動(dòng)化操控方案