于蓮芝，佘國君，朱小飛，張世雷
上海理工大學(xué)光電信息與計算機(jī)工程學(xué)院，上海

摘　　　要：根據(jù)仿生尺蠖運(yùn)動機(jī)理研制了一種用于人體腔道微創(chuàng)診查的微小機(jī)器人系統(tǒng)，該機(jī)器人系統(tǒng)由前支撐單元、后支撐單元和具有３個氣室的橡膠驅(qū)動器三部分組成。根據(jù)微型機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)分析了機(jī)器人的移動控制原理，給出了在一個運(yùn)動循環(huán)周期內(nèi)機(jī)器人移動一個步距的運(yùn)動狀態(tài)和控制時序。闡述了有限狀態(tài)機(jī)原理，并基于有限狀態(tài)機(jī)原理建立了該機(jī)器人移動狀態(tài)的有限狀態(tài)機(jī)模型。在一個運(yùn)動周期內(nèi)移動機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)可細(xì)分為６個狀態(tài)過程，通過分析該機(jī)器人系統(tǒng)一個運(yùn)動循環(huán)周期內(nèi)各種運(yùn)動狀態(tài)和各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換的關(guān)系，編制了相應(yīng)的仿真算法，并通過該實驗驗證了該仿真算法的可行性和模型的正確性，研究結(jié)果表明基于有限狀態(tài)機(jī)模型的控制算法可實現(xiàn)該微小機(jī)器人移動的有效控制。

關(guān)　鍵　詞：微小機(jī)器人；運(yùn)動狀態(tài)；有限狀態(tài)機(jī)模型；控制算法

１　引　言
２０世紀(jì)９０年代以來，機(jī)器人技術(shù)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的結(jié)合及在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用得到了國際機(jī)電領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的高度重視。微計算機(jī)技術(shù)、ＭＥＭＳ技術(shù)、微傳感器技術(shù)、及微電子技術(shù)為機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展開辟了新的途徑［１］。現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程應(yīng)用研究的主攻目標(biāo)是：采用“低侵襲、微創(chuàng)／無創(chuàng)、低痛苦”診療手段，對人體腔道的任意部位進(jìn)行直接監(jiān)測和診療，因此對研究醫(yī)用微機(jī)器人系統(tǒng)并實現(xiàn)微機(jī)器人系統(tǒng)的有效控制具有重大意義［２］。有限狀態(tài)機(jī)是指輸出取決于過去的輸入信號和當(dāng)前的輸入信號，一般來說，除了輸入部分和輸出部分外，有限狀態(tài)機(jī)還含有“記憶” 功能，就是記憶有限狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)，也就是說在有限狀態(tài)機(jī)中，下一個狀態(tài)不僅與輸入信號有關(guān)，而且還與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，因此有限狀態(tài)機(jī)又可以認(rèn)為是組合邏輯和寄存邏輯的一種組合。有限狀態(tài)機(jī)理論在數(shù)字電路、通信及計算機(jī)控制等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用［３�玻矗荩�根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法來進(jìn)行機(jī)器人程序的設(shè)計也具有簡化設(shè)計過程，起到事半功倍的效果［５］。本文分析了該機(jī)器人系統(tǒng)一個運(yùn)動周期內(nèi)各種運(yùn)動狀態(tài)和各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換的關(guān)系，基于有限狀態(tài)機(jī)原理建立了所設(shè)計機(jī)器人移動的有限狀態(tài)機(jī)模型，給出了基于有限狀態(tài)機(jī)模型機(jī)器人移動的控制算法，實現(xiàn)機(jī)器人移動有效控制。

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