An external magnetic field can be used to remotely control small-scaled robots, making them promising candidates for diverse biomedical and engineering applications. We showed that our magnetically actuated millirobot is highly agile and can perform a variety of locomotive tasks such as pivot walking and tumbling in a horizontal plane. Here, we focus on controlling the locomotion outcomes of this millirobot in the pivot walking mode. A mathematical model of the system is developed and the kinematic model is derived. The role of the sweep and tilt angles in the robot's motion is also investigated. We propose two controllers to regulate the gait of the pivot walker. The first one is a proportional-geometric controller, which determines the correct pivot point that the millirobot should use. Then, it regulates the angular velocity proportionally based on the error between the center of the millirobot and the reference trajectory. The second controller is based on a gradient descent optimization technique, which expresses the control action as an optimization problem. These control algorithms enable the millirobot to generate a stable gait while tracking the desired trajectory. We conduct a set of different experiments and simulation runs to establish the effectiveness of proposed controllers for different sweep and tilt angles in terms of the tracking error. The two controllers exhibit an appropriate performance, but it is observed that gradient descent based controller yields faster convergence time, smaller tracking error, and fewer number of steps. Finally, we perform an extensive experimentally parametric analysis on the effect of the sweep angle, tilt angle, and step time on the tracking error. As we expect, the optimization-based controller outperforms the geometric based controller.


翻译:外部磁场可以用于远程控制小型机器人, 让他们为多种生物医学和工程应用提供有希望的候选对象。 我们显示, 我们的磁动活性毫洛博特非常灵活, 可以执行各种火车动性任务, 比如轴动行走和在水平平面滑动。 这里, 我们的焦点是控制旋动行走模式中此毫洛博特的移动结果。 正在开发一个系统的数学模型, 并得出运动模型。 也调查了机器人运动中扫描和倾斜角度的作用。 我们建议了两个控制器来调节旋动漫行器的轨迹。 第一个控制器是一个成比例的地动操纵器, 可以决定摩洛博特应使用的正动行和弯曲方向。 然后, 它根据毫洛博特中心与参考轨迹之间的误差来调节角速度。 第二个控制器基于一种更低的下行率优化技术, 表示着一个最优化的动作。 我们的这些控制动作使螺旋操纵器能够使直径直径的轨道和弯曲向方向的轨道进行一个稳定的实验性轨道, 并跟踪我们所观察到的轨道。 以不同的轨测测测测测的轨道。 。

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