[发明专利]一种微驱动器的闭环控制系统及方法

说明书

一种微驱动器的闭环控制系统，包括结构光投影装置、图像采集装置、主控计算机、微驱动器控制芯片和微驱动器；主控计算机的控制端通过微驱动器控制芯片通讯连接微驱动器的受控端；结构光投影装置由主控计算机控制产生第一结构光信号S1传输至微驱动器；图像采集装置采集微驱动器上的第二结构光信号S2，并传输至主控计算机；主控计算机对采集得到的第二结构光信号计算，获取微驱动器的三维形貌及控制信号S3，并将控制信号S3发送到微驱动器控制芯片控制微驱动器。本发明能够获取基于微驱动器三维形貌的微驱动器控制反馈信号，通过一次或者多次的闭环循环控制，实现微驱动器的精准控制。

技术领域

本发明属于微驱动器控制技术领域，具体涉及一种微驱动器的闭环控制系统及方法。

背景技术

传统的机器人一般由刚性材料制成，而刚性材料在灵活性、人机交互性、安全性、环境适应性能方面存在瓶颈，因此，研究者们提出了柔性机器人这一概念。柔性机器人往往由柔性材料制成，柔性材料具有超薄、柔性、可延展的“类皮肤”特性，从生物学角度来讲，柔性机器人是指模拟生物的柔性与灵活性创造的仿生机器人，可以被应用至各种复杂环境中帮助甚至代替人们执行特殊、高级的任务。然而目前柔性机器人大多处于实验室阶段。哈佛大学威斯生物启发工程研究所使用3D打印制造了八爪鱼形柔性机器人，并在其体内嵌入了管道为机器人提供动力，也负责控制它的运动。麻省理工学院研制出一种用石墨烯制成的微型柔性机器人，只有细胞般大小，形态与粒子类似。这种柔性微型机器人在生物、医学领域有广泛的应用前景，也是当下一大研究热点。

从结构上划分，柔性机器人可以分为控制芯片，柔性传感器与柔性驱动器。

从信号传递的角度来看，驱动器是一类将输入信号转换为输出应变的器件。随着柔性机器人领域的技术进步，对于微尺度、柔性、实时变化的驱动器结构难以手动测量，这些微器件往往制造工艺复杂，表面特征复杂，先有的测试和表征手段难以对其进行检测。目前对柔性微驱动器的应变表征方法通常有电容检测法、激光光斑位置检测，然而这些方法无法反映微驱动器准确的应变行为，因此无法提供准确的反馈信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种微驱动器的闭环控制系统及方法，能够获取基于微驱动器三维形貌的微驱动器控制反馈信号，通过一次或者多次的闭环循环控制，实现微驱动器的精准控制。

本发明提供一种微驱动器的闭环控制系统，包括结构光投影装置（1）、图像采集装置（2）、主控计算机（3）、微驱动器控制芯片（4）和微驱动器（5）；

主控计算机（3）的控制端通过微驱动器控制芯片（4）通讯连接微驱动器（5）的受控端；

结构光投影装置（1）由主控计算机（3）控制产生第一结构光信号S1传输至微驱动器（5）；

图像采集装置（2）采集微驱动器（5）上的第二结构光信号S2，并传输至主控计算机（3）；

主控计算机（3）对采集得到的第二结构光信号计算，获取微驱动器（5）的三维形貌及控制信号S3，并将控制信号S3发送到微驱动器控制芯片（4）控制微驱动器（5）。

作为本发明的进一步技术方案，结构光投影装置（1）由结构光产生设备（1-1）和光学元件组（1-2）构成，结构光产生设备(1-1)为投影仪、相位调制器件、数字微镜阵列、光栅或透镜阵列，

光学元件组(1-2)为光学元件，包括透镜、平面镜以及可变光阑及其组合。

进一步的，图像采集装置（2）包括图像采集相机（2-1）、镜头（2-2）和辅助装置，像采集相机（2-1）通过辅助装置调节调节镜头（2-2）的位置、俯仰角以及旋转角。

本发明还提供一种微驱动器的闭环控制方法，其特征在于，

步骤S1、结构光投影装置1投射算法生成的第一结构光信号S1；

步骤S2、将采集第二结构光信号S2通过传输线传输到主控计算机中，进行相位提取和相位拼接，在主控计算机中恢复待测微驱动器的深度信息；