[发明专利]一种磁性微机器人群体独立驱动控制系统

权利要求书

1.一种磁性微机器人群体独立驱动控制系统，其特征在于，包括微线圈平台、电流控制器、视觉反馈控制平台和磁性微机器人，所述电流控制器分别与所述微线圈平台和视觉反馈控制平台相连，用于控制所述微线圈平台中各个微线圈组的电流大小、电流方向和电流通断，激活所述磁性微机器人周围的微线圈组产生驱动力；所述视觉反馈控制平台用于生成所述磁性微机器人基于时序任务的最优规划路径，并监控所述磁性微机器人的实际运动路径，通过反馈控制算法调节所述微线圈平台的电流，实现对所述磁性微机器人的闭环控制；

对于所述最优规划路径的设计，首先根据所述磁性微机器人的静态平衡点确定所述微线圈平台的所有路径点，基于线性时序逻辑理论的路径规划构建群体控制加权切换系统；其次根据所述磁性微机器人需要完成的时序任务以及约束条件定义LTL公式，将所述LTL公式转换为Büchi自动机；最后将所述群体控制加权切换系统与所述Büchi自动机作笛卡尔乘积，得到任务可行网络拓扑结构，所述任务可行网络拓扑结构结合路径搜索算法进行全局搜索得到所述最优规划路径；

所述群体控制加权切换系统基于单独控制加权切换系统构成，包括：

所述磁性微机器人的单独控制加权切换系统wTS_i是一个元组，定义为其中：

表示一个状态集，c_j表示所述磁性微机器人的路径点，且j∈{1,2,…,R}，R为所有路径点的个数；

表示所述磁性微机器人i的起始状态，i∈{1,2,…,N}，N为所有磁性微机器人的个数；

A_i表示一组动作集，将所述微线圈平台简化为矩形阵列，可用动作包括沿所述矩形阵列的对角线和直线移动；

表示切换关系；

w_i:表示两状态之间的切换成本；

表示一组原子命题集；

L_i:Q_i→AP_i表示观测函数，定义为

由各个所述磁性微机器人的单独控制加权切换系统，构造所述群体控制加权切换系统PTS，用以表示机器人群体所有可能状态的组合，定义为其中：

Q_PTS＝Q₁×Q₂×…×Q_N表示一组状态集；

表示群体磁性微机器人的起始状态；

A_PTS＝A₁×A₂×…×A_N表示一组动作集；

表示切换关系；

表示两状态之间的切换成本；

表示一组原子命题集；

表示观测函数；

将定义在一组原子命题集A_PTS上的LTL公式转换为Büchi自动机B，定义为其中：

Q_B表示状态有限集；

表示起始状态；

表示字母输入表；

表示切换关系；

表示最终状态。

2.根据权利要求1所述的磁性微机器人群体独立驱动控制系统，其特征在于，所述电流控制器包括依次串联的直流稳压电源、H桥驱动电路和多个继电器，每个所述继电器与相应的所述微线圈平台中各个微线圈组相连，所述直流稳压电源和继电器均与所述视觉反馈控制平台进行通讯交互，根据所述视觉反馈控制平台下发的指令，激活所述最优规划路径上所述磁性微机器人周围的微线圈组，实现独立控制每个所述磁性微机器人。

3.根据权利要求1所述的磁性微机器人群体独立驱动控制系统，其特征在于，所述视觉反馈控制平台包括相连的CCD相机和上位机，所述CCD相机用于拍摄所述磁性微机器人在所述微线圈平台上的实际运动路径，所述上位机还连接所述电流控制器，通过计算机视觉的方法得到所述磁性微机器人的位置信息，与所述最优规划路径的各个路径点进行比较，差值作为反馈输入信号，通过调节所述微线圈平台的电流进而使所述实际运动路径更接近所述最优规划路径。