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一種可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)

文檔序號:40405810發(fā)布日期:2024-12-20 12:29閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,包括:

2.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,所述驅(qū)動(dòng)控制單元包括通訊交互的計(jì)算機(jī)和嵌入式系統(tǒng),所述計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的中央處理單元,處理控制信號并生成控制指令,所述嵌入式系統(tǒng)接收所述計(jì)算機(jī)的指令,控制電流驅(qū)動(dòng)板輸出電流,以調(diào)制分布式局部磁場,實(shí)現(xiàn)液滴機(jī)器人的可編程運(yùn)動(dòng)和變形。

3.如權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,所述分布式磁場生成單元包括陣列排列的多個(gè)電磁鐵,每個(gè)電磁鐵單獨(dú)連接到電源,通入大小、方向和頻率不同的電流時(shí),能夠按需產(chǎn)生特定的時(shí)變磁場,磁場的大小和作用范圍與施加的電流有關(guān),單個(gè)電磁鐵產(chǎn)生的磁場表示為:

4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,所述分布式磁場生成單元的驅(qū)動(dòng)模式包括單線圈驅(qū)動(dòng)模式和雙線圈驅(qū)動(dòng)模式;

5.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,所述環(huán)境感知單元檢測工作空間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物體,包括障礙物位置、非結(jié)構(gòu)化場景特征以及鐵磁流體液滴機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)參數(shù),進(jìn)行場景識別、地圖構(gòu)建和多目標(biāo)跟蹤定位,具體包括:獲取相機(jī)的第一幀圖像,采用基于支持向量機(jī)的機(jī)器視覺算法對障礙物、可行域、鐵磁流體液滴機(jī)器人進(jìn)行識別分類,提取工作空間中的潛在路徑點(diǎn)、障礙物的邊界信息以及液滴機(jī)器人的數(shù)量和每個(gè)機(jī)器人對應(yīng)的坐標(biāo);將現(xiàn)實(shí)地圖映射到仿真環(huán)境中,構(gòu)建地圖模型;通過多目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行機(jī)器人跟蹤并實(shí)時(shí)更新其位置坐標(biāo),并對電磁鐵的位置進(jìn)行標(biāo)定,用于激活相應(yīng)的線圈獨(dú)立驅(qū)動(dòng)液滴機(jī)器人。

6.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,根據(jù)環(huán)境信息感知,控制鐵磁流體液滴機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中通過變形或分裂為體積更小的子液滴來適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境;所述運(yùn)動(dòng)過程分為三種狀態(tài):初始狀態(tài),鐵磁流體液滴機(jī)器人在單線圈驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行可控移動(dòng);拉伸狀態(tài),鐵磁流體液滴機(jī)器人在多線圈驅(qū)動(dòng)下變形成長條狀移動(dòng);分裂狀態(tài),鐵磁流體液滴機(jī)器人分裂成多個(gè)子液滴移動(dòng)。

7.如權(quán)利要求6所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,所述環(huán)境感知單元在機(jī)器人形態(tài)切換過程中對其進(jìn)行形狀檢測,包括:

8.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,所述閉環(huán)控制器采用有限狀態(tài)機(jī)構(gòu)建可重構(gòu)液滴機(jī)器人在各模態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換策略,其中,建立相應(yīng)的狀態(tài)表和動(dòng)作查詢表,根據(jù)觸發(fā)事件進(jìn)行狀態(tài)的切換;其中,當(dāng)前方路徑不存在阻擋時(shí),控制鐵磁流體液滴機(jī)器人保持初始狀態(tài)運(yùn)動(dòng);當(dāng)前方路徑存在受限空間時(shí),控制鐵磁流體液滴機(jī)器人根據(jù)空間特征變形為長條狀運(yùn)動(dòng)或是分裂為子液滴運(yùn)動(dòng)。

9.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,所述運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元使用增量式?jīng)_突搜索路徑規(guī)劃,用于在動(dòng)態(tài)變化的工作環(huán)境中進(jìn)行路徑規(guī)劃,具體包括:

10.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),其特征在于,所述運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元進(jìn)一步包括:


技術(shù)總結(jié)
一種可重構(gòu)鐵磁流體液滴機(jī)器人的自主導(dǎo)航控制系統(tǒng),包括:分布式磁場生成單元,由多個(gè)電磁鐵組成,能夠產(chǎn)生局部非均勻梯度磁場;環(huán)境感知單元利用視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測機(jī)器人和障礙物的位置信息,進(jìn)行多目標(biāo)檢測、跟蹤和定位;運(yùn)動(dòng)規(guī)劃單元根據(jù)環(huán)境信息,采用路徑規(guī)劃算法,為機(jī)器人編隊(duì)規(guī)劃無碰撞路徑,并實(shí)時(shí)更新;閉環(huán)控制器根據(jù)反饋信息調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài),動(dòng)態(tài)控制其形狀變化,以適應(yīng)環(huán)境變化;驅(qū)動(dòng)控制單元根據(jù)控制信號操控機(jī)器人群體的協(xié)同運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決了傳統(tǒng)微納機(jī)器人系統(tǒng)自適應(yīng)性差、功能形式單一的問題,顯著提升了操作的靈活性和效率,拓寬了其在藥物傳送、生物傳感、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員:曲鈞天,崔光明,張先睿,黃浩智,劉昂
受保護(hù)的技術(shù)使用者:清華大學(xué)深圳國際研究生院
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2024/12/19
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