一种新型仿生微型机器人的无缆测控系统

设计了一套基于磁场和射频信号的测控系统,用于实现仿趋磁细菌微型机器人的无缆操控及其运行参数的检测.测控系统包括微型机器人的位姿检测子系统和微型机器人控制子系统.检测子系统中,磁传感器阵列实时检测磁场信号,经过数据处理后获得微型机器人的状态信息,并与视频跟踪结果进行对照;控制子系统中,通过射频发射的PWM信号控制微型机器人的运动速度,同时通过导向磁场控制微型机器人的运动姿态.利用本系统,实验研究了微型机器人的90°转向运动,结果表明该系统能够有效控制微型机器人的运动.

尺蠖式仿生微型机器人的结构和致动机理研究

提出并设计了一种新型偏动式双程SMA驱动器,以此驱动器为基础研发出一种靠交替摩擦自锁方式行走的尺蠖运动式仿生微型机器人。提出一种四杆机构无关节新型腿,这种新型腿可以有效改变SMA驱动器输出力的方向。分析了四杆机构新型腿的摩擦自锁机理,并求解出腿实现摩擦自锁的条件,使微型机器人能可靠地实现摩擦自锁作用下的稳步行进。阐述了新型微型机器人的定向运动机理,对微型机器人的尺蠖式收缩和伸张运动规律、步幅、频率等进行了分析及求解。

六足微型仿生机器人及其控制系统的研究

介绍了一种微型六足仿生机器人的结构与控制系统，分析了这种微型六足仿生机器人的移动原理，阐述了如何通过计算机来控制微型六足仿生机器人的运动，该机器人基于仿生学原理，结构独特、简单、新颖，能方便地实现前进和后退，其样机外形尺寸为：长30mm，宽40mm，高20mm，重6.3克。并对该样机进行了实验，实验结果表明该机器人具有较好的机动性。

模拟主动脉环境中仿生介入机器人力学性能研究

基于腹足动物运动原理,提出一种能有效抗击血管内脉动血流冲击的新型血管内介入机器人。结合健康成人近心脏主动脉环境的相关数据,建立主动脉环境简化数学模型,分析主动脉血管内血流速度的关键影响因素,并据此计算机器人在模拟动脉环境中运行时所受的液体冲击力变化范围以及平稳运行所需的摩擦力,为机器人运动控制提供依据。

仿趋磁细菌的微型机器人研究

为了克服现存微型机器人运动灵活性欠佳的缺点,借鉴趋磁细菌的运动方式,设计了一种内外联合调控的仿生微型机器人.该微型机器人的螺旋桨模仿趋磁细菌的鞭毛,主动推进机器人运行;其体内的永磁块模仿趋磁细菌的磁小体链,与体外导向磁场相互作用控制其运动方向.实验研究了体外控制信号对微型机器人运动速度的影响以及导向磁场控制下微型机器人的转向特性.结果表明,该微型机器人可实现运行速度和运行方向的灵活控制,可在非磁性细小管路的探测中发挥重要作用.

微型仿尺蠖软体机器人的设计与实验

根据尺蠖的运动规律设计了一种微型仿尺蠖软体机器人。利用形状记忆合金(SMA)弹簧模仿尺蠖肌肉对机器人实现驱动,通过周期性电流驱动机器人实现连续爬行运动。为了验证设计的微型仿尺蠖软体机器人的可行性,制作了机器人样机,通过运动实验测试机器人在鼠标垫、木板、纸板上的最大爬行速度,以及爬行速度与驱动电流的频率和占空比之间的关系。实验结果表明:所设计的微型仿生软体机器人在电流的周期性驱动下,可以模仿尺蠖完成连续爬行运动,最大爬行速度可达3.5 mm/s,说明了所设计的微型仿尺蠖软体机器人的可行性,为微型仿生机器人的进一步研究提供了参考。

微型仿生爬虫机器人类脑环境感知方法

微型仿生机器人是一种仿照生物外形和运动形态制作设计的机器人,凭借其体型小、机动性高、环境适应性强等优点,在复杂环境探索、敌情侦察等特殊场景中具有较高的应用前景,近年来备受研究人员的关注.但是微型机器人运动稳定性弱、单目相机环境感知精度低等问题的存在一直制约着其实际应用.本文仿照昆虫“独角仙”设计了一种新的微型仿生爬虫机器人,开发了基于生物运动调控机制的六足机器人控制系统,改进了基于啮齿类动物空间导航原理的同时定位与建图系统.使用自研的微型仿生爬虫机器人在人造沙盘和真实室内走廊两个场景中进行了实验验证.在人造沙盘场景,由于微型仿生爬虫机器人提供的环境图像质量模糊,ORB-SLAM3算法无法完成回环检测,不能正确识别曾经见过的场景.类脑同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)系统回环准确率高达100%,比原RatSLAM算法提高了4.36%.在真实室内走廊场景,ORB-SLAM3算法和RatSLAM算法建图效果都比较差,而类脑SLAM不仅有着较好的建图结果,而且在准确率100%的同时召回率也高达97.87%.与ORB-SLAM3和RatSLAM算法相比,类脑SLAM系统取得了较好的建图结果.因此,自研的微型仿生爬虫机器人具有灵活的运动能力、鲁棒的导航定位能力,促使微型仿生机器人离实际应用更近了一步.

高背景磁场下的差分磁定位算法及应用

为了有效去除高背景磁场对永磁体定位的磁干扰,本文提出了一种高背景磁场下的差分磁定位算法。在背景磁场大小和方向均相等的两位置点处布置一组磁传感器,每组传感器均采用差分放大电路,共八组通路。在高背景磁场下,运用差分磁定位算法反演永磁体的位置和姿态。并将该算法应用于外磁场导向的仿生微型机器人,设计了定位硬件系统。通过实验验证了此差分磁定位算法可以较好地反演该仿生微型机器人位置和姿态。