摘要
微型机器人是机器人发展的一个重要领域，其结构尺寸微小，可以进入传统机器人无法进入的地方进行作业。近年来随着材料科学的不断突破和微加工制造技术的飞速发展，使得柔性复合材料与微型机器人相结合成为可能，微型软体机器人学科就此诞生。微型软体机器人作为一门涉及机械、材料、控制、生物医学等多领域的新兴前沿学科推动了机器人技术的进一步发展，在生物工程、医疗、军事国防及微加工技术等领域有着广阔的应用前景。传统微型机器人的设计多采用刚性结构，微型软体机器人采用了具有生物相容性和具备大变形能力的柔性复合材料，能实现更多的运动模式和完成更复杂的任务，因此微型软体机器人受到了广泛的关注并迅速得以发展。 在微型机器人领域，电缆和内置电池是传统的供能方式，但由于微型机器人的体积尺寸较小，很难解决其内置供能与驱动问题，磁场驱动控制在众多无缆式驱动方式中体现出了巨大优势，然而磁控微型软体机器人控制原理和运动特性等方面研究还不够完善，在高精度控制方面的研究也还相对较少。本文针对上述问题，基于磁场驱动控制理论与磁弹性复合材料设计了一种结构简单、易于制作且易于操控的磁控微型软体游泳机器人，并搭建了一套用于控制无缆式磁控微型机器人的实验平台，设计了实验平台控制系统，通过实验平台产生的匀强磁场来驱动控制磁控微型游泳机器人。此外，建立了磁控微型游泳机器人的运动模型，还结合有限元法分析了磁控微型游泳机器人的运动特性，探究了磁感应强度和频率对机器人运动速度的影响，并根据其运动特性设计了基于图像的视觉伺服（IBVS）双闭环控制系统，采用改进型LOS控制、速度模糊自适应控制和头尾转换控制实现了磁控微型游泳机器人的精确路径跟踪。 综上所述，本项目通过对磁控微型软体机器人的运动特性分析，以及精确路径的控制实验研究，深入探索了游泳机器人的运动机理，并提高了微型软体机器人的控制精度，综合了磁控技术、智能复合材料、机器视觉等前沿交叉学科，能促进组织工程、微组装等领域的发展，具有广阔的应用前景和实用价值。
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