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《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所》 2000年
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微管道机器人及其智能控制系统的研究

程良伦  
【摘要】: 微机器人的研究有着广泛的应用前景和社会需求,微机器人可应 用于生物医学、航空航天、国防、工业、农业及家庭等领域。微机器 人技术是多学科技术的综合,它是驱动器、传动装置、传感器、控制 器、电源等的高度集成。智能机器人的控制是目前自动控制的一个重 要研究方向,由于机器人本身的特点,对微机器人实现自主控制有着 特别的意义。 本文基于国内外已取得的科研成果,针对特种微机器人——微管 道机器人及其控制技术的若干理论和实际问题,进行深入的研究。主 要工作有以下几个方面。 (1)本文在查阅和掌握大量有关文献资料的基础上,系统地研 究了微管道机器人的驱动原理、移动原理及结构形式,并提出选择微 机器人移动机构的理论依据,指出微管道机器人设计应注意的主要问 题。 (2)分析了微管道机器人移动原理,阐述了电磁式微管道机器 人的设计,用最优化设计方法,设计了电磁式微管道机器人的微驱动 器,阐明了电磁式微管道机器人的组成与结构。设计并制造出电磁式 微管道机器人。 该机器人借用仿生学原理,结构独特、简单、新颖,驱动方式简 便、实用,移动灵活且速度快,能在一定形状的弯管内运动,可以方 便地实现前进和后退。 (3)对电磁式微管道机器人进行了实验研究,阐述了微管道机 器人及其控制系统结构与控制策略,分析了微管道内机器人的控制信 号序列,对微机器人的位移(速度)和驱动力进行了测量,提出了基于 激光干涉仪的微管道机器人运动(位移)的测量新方法。根据实验及测 中国科学院 博士学位论文 一 量结果给出了所设计的电磁式微管道机器人的技术性能指标。 N)根据微管道机器人运动的特点及其运行环境,分析了微管 道机器人运动的动力学稳定性。提出管道内受限微机器人运动的动力 学模型,并根据这一模型利用奇异摄动理论对微管道机器人管内运动 稳定性进行了研究。并通过计算机仿真研究得出了管道内微机器人的 稳定性条件。从理论上确认了微管道机器人管内运动的可能性和稳定 性,证明了电磁式微管道机器人设计计算的合理性。 瞩)将模糊神经网络技术用于微管道机器人的控制,以实现微 管道机器人的自主控制。根据提出的机器人的运行环境、神经网络结 构等参数高度集成的模糊神经网络自学习算法(该方法包括基于环境 识别的自监督学习算法和增强模糊神经网络结构等参数自学习算法* 对微管道机器人的自主学习控制进行了计算机仿真研究,并得出了初 步的仿真结果。
【学位授予单位】:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TP242

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