Hydrogels with stimuli-responsive capabilities are gaining more and more attention nowadays with prospective applications in biomedical engineering, bioelectronics, microrobot, etc. We develop a photothermal responsive hydrogel based on N-isopropylacrylamide that achieved a fast and reversible deformation manipulated only by near-infrared (NIR) light. The hydrogel was fabricated by the projection micro stereolithography based 3D printing technique, which can rapidly prototype complex 3D structures. Furthermore, with the variation of the grayscale while manufacturing the hydrogel, the deformation of the hydrogel structure can be freely tuned within a few seconds by losing and absorbing water through adjusting the intensity and the irradiation direction of the NIR light, showing a potential application in ultra-fast object grabbing and transportation. The present study provides a new method for designing ultrafast photothermal responsive hydrogel based microrobot working in water.

为了实现微机器人的快速批量制造，提出一种飞秒贝塞尔光束叠加干涉方法生成带侧瓣的环形光场，并结合动态全息加工术实现了中空螺旋微机器人的高效制造。对根据贝塞尔传输函数生成的贝塞尔全息图进行叠加，并对产生的光场进行仿真和实验测量。利用叠加的全息图加工得到具有不同侧瓣数目（2~4）的环形结构，分析了两种不同参数对侧瓣宽度和圆环直径的影响。通过引入动态全息加工方法，实现了中空双螺旋微机器人的高效快速加工，微机器人宽为25 µm、长度为100 µm。最后，利用旋转磁场驱动微机器人在微流体环境实现运动。实验表明，加工单个微机器人仅需6 s，旋转磁场下微机器人在7 s内沿直线前进400 µm。该动态全息方法能够快速制备出中空双螺旋微机器人并实现无线磁驱动，为批量制造具有运载能力的磁驱微机器人提供了一种新的途径。

对平面内微机器人集群短距离相对定位问题进行了研究，针对微机器人尺寸小的特点，利用红外发送器、红外接收器和磁阻传感器相配合的方法实现了微型机器人集群的相对定位，分析了该相对定位方法的误差来源。仿真计算和实验结果证明了上述方法的可行性。提出的相对定位方法具有精度高、无积累误差、分布式、快速和可扩展等优点。

对多障碍物环境下微机器人集群自主通信转接的控制问题进行了研究。结合微机器人尺寸小的特点，采用低功耗的红外通信方式，利用载波侦听多路访问技术实现了多移动微机器人间的红外通信。在红外通信的基础上，建立了基于弹簧阻尼系统的自主通信转接控制模型，设计了相应的控制器以实现微机器人的运动控制，进而实现微机器人集群的自主通信转接。仿真结果验证了该控制方法的有效性。

提出一种适用于肠道微机器人的柔性运动系统来提高肠道机器人微创诊断的主动运动能力。柔性运动系统采用尺蠖型运动方式，由柔性运动机构和柔性驱动机构组成。柔性运动机构包括径向气囊软足和轴向伸缩推杆，并用万向节连接微机器人前后腔体从而提高运动柔性；柔性驱动机构利用尼龙线绳牵引波纹管泵驱动气囊软足和伸缩推杆激励微机器人伸缩。微机器人样机直径为12.2 mm，长度为78 mm，质量为14.8 g，最大径向钳位外径为20.2 mm，最大轴向行程为16.4 mm。实验结果表明，柔性驱动机构可以为波纹管泵和伸缩推杆分别提供最大为067 N和065 N的驱动力；微机器人样机能够在不同倾斜角度的刚性有机玻璃管中运动，在水平和竖直管道中的平均运行速度为0.38 mm/s和025 mm/s；能通过最小曲率半径为49.3 mm的塑料软管，在离体肠道中也能实现有效运动。本柔性运动系统为肠道微机器人提供了一种安全有效的自主运动方案。

介绍了一种毫米级全方位微机器人,设计用于微型工厂中的微装配操作。采用外部计算机视觉系统进行监控,先利用CCD摄像头捕捉微型机器人顶部及夹钳上的特征标志,再通过设计的视觉处理方法,实现了对微机器人的高精度识别和定位。在利用计算机视觉进行反馈控制的基础上,采用了对装配平台进行分区、快速前进与高精度步进相结合的运动控制策略,实现高精度的微装配任务。实验验证了以上方法和策略的有效性。

研究了用于微装配操作的毫米级全方位微机器人,重点分析了影响其运动精度的结构设计与控制方法。指出了结构设计的优点和不足,主要涉及传动系统、轮子的安装等;控制方法主要涉及路径规划和驱动器电磁微马达等。提出了对工作区域进行分区的路径规划控制方法,解决了微机器人直线运动的非线性问题。针对电磁微马达的结构特点,提出了矢量合成、力矩自平衡等特殊的控制方法和思想,将微机器人步进运动精度较常规控制方法提高了3倍。实验结果表明,微机器人能够准确运动到微装配目标区域,运动精度达到0.07 mm/step,基本满足微装配的应用要求。