低强度电磁场无线操控的微型机器人由于其体积小,可以在狭小空间内运动,完成复杂的作业操作,在生物医学应用方面有巨大潜力。经历十几年的发展,国内外在电磁场操控微型机器人运动控制方面已开展了大量研究。然而现有的运动操控技术多在理想的条件下完成,未考虑来自自身重力和边界的扰动,且缺少有效的运动规划方案。本课题旨在要建立一个稳定的自动化操控方案,高效地规划微型机器人的运动和达到亚毫米级的操控精度,同时保证运动控制的稳定性。首先,利用自制的三轴亥姆霍兹电磁线圈和相机,建立了一种微型机器人定位和运动控制方案。基于天然成螺旋状的柔性植物纤维制备成螺旋形机器人,在其表面附着磁性Fe₃O₄纳米颗粒,并分析其在平面上的游动的特性。本课题研究该微型机器人在游动过程中的弯曲形变特性,发现这种形变带来游动速度的提升,同时建立了弯曲形变后的游动理论模型。其次,建立了一种平面复杂环境下的运动规划方案和一种稳定的平面运动控制方法。本课题把基于采样的运动规划方法应用到微型机器人所处的狭小受限环境,规划出可行的运动路径,并对比了不同运动规划方法的搜索效率;利用极限学习网络估计微型机器人的运动方向与驱动磁场旋转轴的关系模型,将滑模变结构理论与PI控制相结合形成运动控制器,并分析了控制方法的稳定性。为解决输入信号跳变带来的控制器饱和问题,引入神经元滤波模型平滑输入信号。最后,建立了一种在空间中进行运动规划的方案和一种稳定的空间运动控制方法。本课题采用基于优化采样的运动规划方法,在空间中规划可行路径,解决搜索高维空间带来的计算量大的问题。设计了一种离线的学习模型和一种在线学习模型来近似微型机器人在空间的运动,离线学习模型采用误差反向传播来优化网络参数,在线学习模型可以在线更新模型参数,解决离线方法估计误差大的问题。同时设计了解耦的运动控制器,并基于李雅普诺理论进行了稳定性分析。综上所述,基于自制的电磁驱动平台,本课题实现了微型机器人的自动化操控,达到了亚毫米级的操控精度,为生物医学领域中的靶向运输任务奠定了运动规划和精准运动控制的技术基础。