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分数阶方法下N链人工真核鞭毛游动微型机器人推进性能研究:从模拟到硬件在环实验。 (英语) Zbl 1458.93180号

小结:了解仿生人工微机器人如何通过沿其鞭毛传播平面波来推进自身,对于改进其机械设计和性能至关重要。同样,在N连杆游泳微型机器人中实现这样的平面波运动也涉及到几个挑战,其中可以突出执行器的运动控制,其载荷(粘性阻力)不仅取决于其自身的连杆和运动,还取决于其沿旗杆的位置。本文提出了一种改进的N链人工真核生物鞭毛(AEF)游泳微机器人的运动方法,该方法考虑了推进波形设计和鞭毛分布动力学控制的分数阶方法。一方面,基于分数阶幂律的振幅调制的新型游泳方式可以保持应用经典行波获得的运动特性,但在推进方面有一些好处。另一方面,为微机器人的运动控制设计了鲁棒分数阶比例导数(PD)控制器。为了证明所提出的波形和控制策略的优点,并对其进行验证,搭建了一个四连杆机器人硬件在位(HIL)试验台。它由在MATLAB/Simulink环境中使用物理建模工具开发的微型机器人模拟器和嵌入式微控制器Atmel ATmega32u4组成,其中对机器人的控制进行编程。借助模拟器,该试验台可以为微型机器人选择不同的游泳和几何模式,并从推进、能效或跟踪方面评估移动性能。实验和仿真结果表明,所提出的分数方法在游泳方式和能量消耗方面都达到了最佳效率。

MSC公司:

93C85号 控制理论中的自动化系统(机器人等)
93C20美元 偏微分方程控制/观测系统
26A33飞机 分数导数和积分
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全文: 内政部

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