微小气动机器人移动ＦＳＭ建模与控制

2012年04月13日11:43:03 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

于莲芝，佘国君，朱小飞，张世雷
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海

摘　　　要：根据仿生尺蠖运动机理研制了一种用于人体腔道微创诊查的微小机器人系统，该机器人系统由前支撑单元、后支撑单元和具有３个气室的橡胶驱动器三部分组成。根据微型机器人的本体结构分析了机器人的移动控制原理，给出了在一个运动循环周期内机器人移动一个步距的运动状态和控制时序。阐述了有限状态机原理，并基于有限状态机原理建立了该机器人移动状态的有限状态机模型。在一个运动周期内移动机器人的运动状态可细分为６个状态过程，通过分析该机器人系统一个运动循环周期内各种运动状态和各状态之间的转换的关系，编制了相应的仿真算法，并通过该实验验证了该仿真算法的可行性和模型的正确性，研究结果表明基于有限状态机模型的控制算法可实现该微小机器人移动的有效控制。

关　键　词：微小机器人；运动状态；有限状态机模型；控制算法

１　引　言
２０世纪９０年代以来，机器人技术与医学领域的结合及在生物医疗方面的应用得到了国际机电领域、医学领域的高度重视。微计算机技术、ＭＥＭＳ技术、微传感器技术、及微电子技术为机器人技术的发展开辟了新的途径［１］。现代生物医学工程应用研究的主攻目标是：采用“低侵袭、微创／无创、低痛苦”诊疗手段，对人体腔道的任意部位进行直接监测和诊疗，因此对研究医用微机器人系统并实现微机器人系统的有效控制具有重大意义［２］。有限状态机是指输出取决于过去的输入信号和当前的输入信号，一般来说，除了输入部分和输出部分外，有限状态机还含有“记忆” 功能，就是记忆有限状态机的内部状态，也就是说在有限状态机中，下一个状态不仅与输入信号有关，而且还与当前状态有关，因此有限状态机又可以认为是组合逻辑和寄存逻辑的一种组合。有限状态机理论在数字电路、通信及计算机控制等领域具有广泛的应用［３４］，根据状态转换方法来进行机器人程序的设计也具有简化设计过程，起到事半功倍的效果［５］。本文分析了该机器人系统一个运动周期内各种运动状态和各状态之间的转换的关系，基于有限状态机原理建立了所设计机器人移动的有限状态机模型，给出了基于有限状态机模型机器人移动的控制算法，实现机器人移动有效控制。

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