一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，包括：多组电磁驱动线圈，每组电磁驱动线圈在其轴向产生磁场，每组电磁驱动线圈的轴向可任意设置，以在间隔空间产生任意方向的合成磁场；磁性软体机器人被放置在间隔空间内，磁性软体机器人包括多条臂，各条臂沿着磁性软体机器人的中心对称且轴对称分布；其内部磁性粒子的磁矩呈中心对称分布；控制通入每组电磁驱动线圈电流的变化趋势，使得合成磁场在垂直磁性软体机器人任意对称轴的平面内磁场方向顺时针或逆时针变化，以驱动磁性软体机器人沿其对称轴爬行运动。本发明专利技术使软体机器人对称轴两侧具有相反的磁化方向而在相同空间磁场作用下产生非对称的磁转矩响应，从而实现仿生爬行的动作模式。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置
本专利技术属于磁性软体机器人控制领域，更具体地，涉及一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置。
技术介绍
相较于传统的刚体机器人，软体机器人具有无限自由度、强变形能力、高度适应性等优势，在工业柔性抓取、医疗康复、靶向运输等人机交互和非结构化环境的领域有着更为广阔的应用前景。目前已有研究表明，软体机器人的驱动方式主要包括电驱动、光驱动、热驱动、磁驱动等方式，其中由于磁场驱动具有无接触、驱动效率高、响应速度快以及较高的生物安全性等显著优势，得到国内外学者的诸多关注。区别于传统的磁性刚体机器人，磁性软体机器人的运动模式丰富，尤其是面对复杂应用环境时，具有高灵活性的磁性软体机器人优势显著。在磁性软体机器人动力学行为研究方面，目前研究主要集中于通过调节磁性软体机器人内部磁化特性来实现磁性软体机器人的多运动模式，但对于外部驱动磁场的设计研究相对较少。事实上，由于磁性软体机器人的运动模式由其内部的磁化方向分布和其外部的驱动磁场共同来控制，如何针对软体机器人特定的操控需求来设计外部驱动磁场对于实现磁性软体机器人的精准和可控运动同样具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，旨在解决如何针对磁性软体机器人特定的操控需求来设计外部驱动磁场，以精准控制磁性软体机器人运动的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，包括：多组电磁驱动线圈，其中，每组电磁驱动线圈包括两个同轴设置的线圈，两个同轴设置的线圈中间设有间隔空间；各组电磁驱动线圈包括的两个线圈均沿所述间隔空间同轴对称设置；每组电磁驱动线圈的两个线圈通入相同大小的电流，在其轴向产生磁场，每组电磁驱动线圈的轴向可任意设置，以在所述间隔空间产生任意方向的合成磁场；所述磁性软体机器人被放置在所述间隔空间内，所述磁性软体机器人包括多条臂，各条臂沿着磁性软体机器人的中心呈中心对称且轴对称分布；所述磁性软体机器人包括至少一个对称轴，其内部磁性粒子的磁矩呈中心对称分布；当所述磁性软体机器人包括两条臂时，其对称轴为磁性软体机器人两条臂所在的直线；通过控制通入每组电磁驱动线圈电流的大小及变化趋势，使得所述合成磁场在垂直磁性软体机器人任意对称轴的平面内磁场方向顺时针或者逆时针变化，以驱动所述磁性软体机器人沿其对称轴方向爬行运动；所述磁场方向顺时针或者逆时针的变化范围为：从与所述对称轴一侧呈锐角到与所述对称轴一侧呈钝角的任意角度范围。在一个可选的实施例中，当所述磁性软体机器人包括两条臂时，所述电磁驱动线圈包括两组；其中一组电磁驱动线圈的轴向平行于所述磁性软体机器人的对称轴，另一组电磁驱动线圈的轴向垂直于所述磁性软体机器人所在平面。在一个可选的实施例中，当所述磁性软体机器人包括2M条臂时，M大于1；其有N条对称轴，2≤N≤M；N和M均为整数；所述电磁驱动线圈包括至少三组，其中一组电磁驱动线圈的轴向垂直于所述磁性软体机器人所在平面，其他几组电磁驱动线圈的轴向均与所述磁性软体机器人所在平面平行，所述其他几组电磁驱动线圈的合成磁场方向可以沿着磁性软体机器人的任意对称轴。在一个可选的实施例中，当所述磁性软体机器人内部磁性粒子的磁矩呈中心对称的发散分布时，所述合成磁场方向朝向所述磁性软体机器人所在平面的下方；当所述磁性软体机器人内部磁性粒子的磁矩呈中心对称的汇聚分布时，所述合成磁场方向朝向所述磁性软体机器人所在平面的上方。在一个可选的实施例中，所述磁性软体机器人由柔性材料与磁性粒子均匀混合固化制成，通过外部磁化实现所述磁性粒子磁矩重新排列，呈中心对称分布。在一个可选的实施例中，当所述合成磁场的方向与磁性软体机器人对称轴一侧的磁矩呈锐角时，所述磁性软体机器人对称轴另一侧的臂弯曲，带动磁性软体机器人对称轴一侧的臂朝向所述对称轴的另一侧偏移；当所述合成磁场的方向与磁性软体机器人对称轴一侧的磁矩垂直时，所述磁性软体机器人呈的弓起状态；当所述合成磁场的方向与磁性软体机器人对称轴一侧的磁矩呈钝角时，所述磁性软体机器人整体朝向所述磁性软体机器人对称轴的另一侧偏移，实现了磁性软体机器人的爬行移动。在一个可选的实施例中，周期性变化通入每组电磁驱动线圈电流，使得所述合成磁场的方向周期性变化，使得所述磁性软体机器人连续爬行运动。在一个可选的实施例中，所述合成磁场的方向可以连续变化，也可以梯度变化。在一个可选的实施例中，所述合成磁性为均匀磁场。在一个可选的实施例中，还包括：承载台；所述承载台置于所述线圈中间的间隔空间内，用于承载磁性软体机器人。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术所提供的一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，其“前脚”和“后脚”(对应左右半侧区域)因具有相反的磁化方向而在相同空间磁场作用下产生非对称的磁转矩响应，从而实现仿生爬行的动作模式。同时，可通过调节外部驱动磁场的动态驱动策略，可以实现连续的双向爬行。其内部磁化特性简单，呈对称的双向磁化特征，易于通过现有的磁化实现。相较于现有的永磁体驱动式磁性软体机器人，其控制简单、灵活且不需要额外的驱动部件。附图说明图1是本专利技术实施例提供的磁性软体机器人的结构图；图2是本专利技术实施例提供的为爬行动作完成所需要的电磁驱动装置图；图3是本专利技术实施例提供的电流源向X方向线圈和Y方向线圈输出的电流波形图；图4为本专利技术实施例提供的不同匀强磁场方向下条形磁性软体机器人的非对称的磁转矩响应图；图5为本专利技术实施例提供的磁性软体机器人磁矩分布情况图；图6为本专利技术实施例提供的磁性软体机器人不同数量对称轴的分布情况图；图7为本专利技术实施例提供的磁性软体机器人第一种磁矩分布情况下的合成磁场分布图；图8为本专利技术实施例提供的磁性软体机器人第二种磁矩分布情况下的合成磁场分布图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为磁性颗粒，2为软质材料，3为磁性软体机器人，4为电磁驱动线圈，5为控制开关，6为LED显示器，7为电流源，8为线圈引出线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术公开了一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，磁性软体机器人是由充磁完成的磁性颗粒与软质材料混合固化后的软磁性复合材料组成，利用充磁装置使其具备以中心为原点径向相异的磁化方向。电磁驱动装置主要由电源装置、组合电磁驱动线圈、通信及控制系统所组成。其中，电源装置为所述组合电磁驱动线圈提供动态电流；组合电磁驱动线圈由多线圈组合而成，用于在其中心领域内产生驱动磁场，进一步在磁性软体机器人中产生磁转矩以驱动机器人运动；通信及控制系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，其特征在于，包括：多组电磁驱动线圈，其中，每组电磁驱动线圈包括两个同轴设置的线圈，两个同轴设置的线圈中间设有间隔空间；各组电磁驱动线圈包括的两个线圈均沿所述间隔空间同轴对称设置；/n每组电磁驱动线圈的两个线圈通入相同大小的电流，在其轴向产生磁场，每组电磁驱动线圈的轴向可任意设置，以在所述间隔空间产生任意方向的合成磁场；/n所述磁性软体机器人被放置在所述间隔空间内，所述磁性软体机器人包括多条臂，各条臂沿着磁性软体机器人的中心呈中心对称且轴对称分布；所述磁性软体机器人包括至少一个对称轴，其内部磁性粒子的磁矩呈中心对称分布；当所述磁性软体机器人包括两条臂时，其对称轴为磁性软体机器人两条臂所在的直线；/n通过控制通入每组电磁驱动线圈电流的大小及变化趋势，使得所述合成磁场在垂直磁性软体机器人任意对称轴的平面内磁场方向顺时针或者逆时针变化，以驱动所述磁性软体机器人沿其对称轴方向爬行运动；所述磁场方向顺时针或者逆时针的变化范围为：从与所述对称轴一侧呈锐角到与所述对称轴一侧呈钝角的任意角度范围。/n

【技术特征摘要】
1.一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，其特征在于，包括：多组电磁驱动线圈，其中，每组电磁驱动线圈包括两个同轴设置的线圈，两个同轴设置的线圈中间设有间隔空间；各组电磁驱动线圈包括的两个线圈均沿所述间隔空间同轴对称设置；
每组电磁驱动线圈的两个线圈通入相同大小的电流，在其轴向产生磁场，每组电磁驱动线圈的轴向可任意设置，以在所述间隔空间产生任意方向的合成磁场；
所述磁性软体机器人被放置在所述间隔空间内，所述磁性软体机器人包括多条臂，各条臂沿着磁性软体机器人的中心呈中心对称且轴对称分布；所述磁性软体机器人包括至少一个对称轴，其内部磁性粒子的磁矩呈中心对称分布；当所述磁性软体机器人包括两条臂时，其对称轴为磁性软体机器人两条臂所在的直线；
通过控制通入每组电磁驱动线圈电流的大小及变化趋势，使得所述合成磁场在垂直磁性软体机器人任意对称轴的平面内磁场方向顺时针或者逆时针变化，以驱动所述磁性软体机器人沿其对称轴方向爬行运动；所述磁场方向顺时针或者逆时针的变化范围为：从与所述对称轴一侧呈锐角到与所述对称轴一侧呈钝角的任意角度范围。


2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当所述磁性软体机器人包括两条臂时，所述电磁驱动线圈包括两组；
其中一组电磁驱动线圈的轴向平行于所述磁性软体机器人的对称轴，另一组电磁驱动线圈的轴向垂直于所述磁性软体机器人所在平面。


3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，当所述磁性软体机器人包括2M条臂时，M大于1；其有N条对称轴，2≤N≤M；N和M均为整数；
所述电磁驱动线圈包括至少三组，其中一组电磁驱动线圈的轴向垂直于所述磁性软体机器人所在平面，其他几组电磁驱动线圈的轴向均与所述磁性软体机器人所在平面平行，所述其他几组电磁驱动线圈的合成磁场方向可以沿着磁性软...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹全梁，孙宇轩，巨雨薇，姚健鹏，谢延，韩小涛，李亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42