一种磁性机器人驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁性机器人驱动装置，包括驱动装置本体单元，驱动装置本体单元包括多个电磁模块和一个永磁模块，每个电磁模块包括通电后产生磁场的电磁线圈和用于支撑电磁线圈的第一支架组件，多个电磁模块产生复合磁场，永磁模块包括在复合磁场作用下运动后产生驱动磁场的球形永磁体、用于提供气流的鼓风机以及用于支撑球形永磁体并将气流引导至球形永磁体的下方以驱动球形永磁体悬浮的第二支架组件。本发明专利技术采用气悬浮的方式实现永磁体位置的束缚和与电磁线圈的隔离，极大减少永磁体在运动时受到的摩擦力，从而使其具有更高的响应性和更快的速度，解决当前微尺度机器人在低雷诺数下转动速度慢的问题。雷诺数下转动速度慢的问题。雷诺数下转动速度慢的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性机器人驱动装置


[0001]本专利技术属于机器人驱动控制
，尤其属于微尺度磁性机器人驱动装置


技术介绍

[0002]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
[0003]利用磁场可以实现微尺度磁性机器人的运动调控，目前能通过产生特定磁场来控制微尺度磁性机器人运动行为的驱动装置一般由永磁体、电磁线圈(如亥姆霍兹线圈)或者两者的结合体组成。基于永磁体的微尺度磁性机器人驱动装置往往是借助永磁体产生强大的磁场，并在电机的拖动和旋转来实现机器人周围磁场的调控，进而改变机器人姿态和运动行为；基于电磁线圈的微尺度磁性机器人驱动装置一般由多个通电螺旋管按照一定的几何配置组装而成，通过往每个电磁线圈中通入特定的电压信号，产生可控的外部磁场；基于两者联合的复合式微尺度磁性机器人驱动装置则同时包含了电磁线圈和永磁体两部分，其中，电磁线圈产生较弱的激励磁场，在激励磁场的作用下，其内部的永磁体受到明显的作用力而产生转动行为，因此通过调整激励磁场的极化方向即可间接调控整个外部磁场的分布。
[0004]体现磁性机器人驱动装置的性能包括：1.施加给磁性机器人的转矩或者拖曳力，要求驱动装置产生的外部磁场具有较大的磁场强度和梯度以产生足够的转矩或者拖曳力，才能实现磁性机器人的高效运动控制；2.磁场变化速率；实现微尺度机器人在体内环境中的逆血流运动，需要满足借助于机器人的快速运动，而对于微尺度磁性机器人而言，磁性机器人驱动装置产生的磁场的变化速率(如旋转磁场的频率)决定了其运动速度；3.具有足够大的工作空间；微尺度磁性机器人尺寸虽然很小，但其运动范围往往很大，如在模拟人体内靶向给药的过程中，需要微尺度机器人穿越各种宏观的组织间隙(如血管、体腔等)。
[0005]目前国内磁性微机器人相关驱控装置的设计方案采取以下要点：
[0006]1.基于永磁体阵列的微尺度磁性机器人的驱动装置，一般使用步进电机旋转永磁体或者永磁体阵列的方式实现，该类磁场可以产生较大的磁场或者磁梯度场(>100mT)；但是，基于永磁体的微尺度磁性机器人的驱动装置依赖于永磁体和致动装置的物理连接，磁场方向无法灵活改变，并且受制于机械设备的固有属性，该类型装置难以实现周围磁场的快速改变，所提供的旋转磁场往往在50赫兹以下，难以实现微尺度磁性机器人的高速运动；
[0007]2.利用多层嵌套式电磁线圈组装成亥姆霍兹线圈，在其内部实现小范围的均匀磁场，并通过改变线圈绕组两端的电压信号，实现可控磁场的生成；但是，现有基于电磁线圈的驱动装置存在所产生磁场弱(一般为几毫特到十几毫特)、工作空间小、发热量大的问题，难以满足磁性较弱的机器人运动行为的高效控制；
[0008]3.复合式驱动装置包含电磁模块和永磁模块两部分，由于电磁线圈通电时会产生磁场使得永磁体和线圈发生相互的吸引或者排斥，造成永磁体的不稳定。为此，当前复合式
驱动装置往往通过中间的隔断部分束缚永磁体，并起到隔离作用防止二者接触，以实现系统运行时的整体稳定。此外，该类系统中为增大电磁线圈所产生的磁场强度，线圈内部往往有具有显著铁磁的磁芯。复合式磁驱动装置由于综合了电磁与永磁各自的优势，可以实现更强的磁场和更大的灵活度。但是，
①
目前此类装置中永磁体与隔断部分直接接触，使得两者之间的接触摩擦影响磁球的运动行为。
②
由于磁场强度随距离下降极快(与距离的平方的倒数成正比)，因此该类装置中磁场的作用范围有限，难以实现微尺度磁性机器人的大距离操控。
③
此外，该类系统中采用有磁芯电磁线圈，虽然增强了电磁力的作用，但是磁芯被线圈磁化的同时也会被永磁体磁化，产生寄生磁场，一方面使得线圈产生的磁场与寄生磁场耦合难以产生纯净磁场，另一方面，线圈磁芯和永磁体之间存在一个指向线圈的梯度力，一方面造成永磁体与隔断部分摩擦力很大；
[0009]4.磁性机器人驱动装置的可用工作空间往往位于系统内部或者其外部的局部特定区域。
[0010]实现具有高响应性和大工作空间的可控磁场是驱动微尺度磁性机器人最为重要的手段，也是该领域研究人员当前迫切需要解决的关键技术问题。目前存在的一些技术存在一系列技术缺陷，难以实现微尺度磁性机器人的高速运转、大范围运动控制，极大限制了该类机器人在生物医学、微操作、智能制造等领域的发展。因此，实现具有高响应性和大工作空间的微尺度磁性机器人驱动装置的构建具有重要研究意义。

技术实现思路

[0011]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于如何提高磁性机器人驱动装置的响应性和行程。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种磁性机器人驱动装置，包括驱动装置本体单元，所述驱动装置本体单元包括：
[0013]多个电磁模块，每个所述电磁模块包括通电后产生磁场的电磁线圈和用于支撑所述电磁线圈的第一支架组件，多个所述电磁模块产生复合磁场；
[0014]一个永磁模块，所述永磁模块包括在所述复合磁场作用下运动后产生驱动磁场的球形永磁体、用于提供气流的鼓风机以及用于支撑球形永磁体并将气流引导至所述球形永磁体的下方以驱动所述球形永磁体悬浮的第二支架组件。
[0015]作为进一步改进，多个所述电磁线圈围绕所述球形永磁体的两磁极连线均布设置，各个所述电磁线圈的两磁极连线延长相交于所述球形永磁体的中心位置，各个所述电磁线圈对所述球形永磁体在水平和竖直方向的作用效果相同。
[0016]作为进一步改进，所述驱动装置本体单元呈正置圆锥形，所述球形永磁体设于所述圆锥的锥尖位置，多个所述电磁线圈围绕所述圆锥的轴线均布设置，所述电磁线圈的两磁极连线与所述圆锥的母线平行，所述圆锥的上方为用于放置样品池的观测空间。
[0017]作为进一步改进，所述电磁线圈为无磁芯电磁线圈，所述无磁芯电磁线圈包括铝制骨架和缠绕在所述铝制骨架外侧的线圈，所述铝制骨架的纵切面为干字形，所述线圈缠绕在所述干字的两横之间的竖上。
[0018]作为进一步改进，所述第一支架组件包括第一支撑柱和第一壳体，所述第一壳体连接于所述第一支撑柱上，所述电磁线圈置于所述第一壳体内。
[0019]作为进一步改进，所述第二支架组件包括第二支撑柱和第二壳体，所述第二壳体连接于所述第二支撑柱上，所述第二支撑柱设有中空气道，所述第二壳体设有与所述中空气道连通的夹层气室，所述第二壳体的内壁设有与所述夹层气室连通的多个内喷气口，所述内喷气口朝向所述球形永磁体，所述球形永磁体悬浮在所述第二壳体内，所述鼓风机与所述中空气道连通。
[0020]作为进一步改进，所述第二壳体为半球形托盘，所述半球形托盘的托盘口设有用于支撑样品池的翻边。
[0021]作为进一步改进，所述第二壳体的外壁设有与所述夹层气室连通的多个外喷气口，所述多个外喷气口朝向所述电磁线圈。
[0022]作为进一步改进，还包括用于带动所述驱动装置本体单元沿水平X轴方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性机器人驱动装置，包括驱动装置本体单元，其特征在于，所述驱动装置本体单元包括：多个电磁模块，每个所述电磁模块包括通电后产生磁场的电磁线圈和用于安装所述电磁线圈的第一支架组件，多个所述电磁模块产生复合磁场；一个永磁模块，所述永磁模块包括在所述复合磁场作用下运动后产生驱动磁场的球形永磁体、用于提供气流的鼓风机以及用于支撑球形永磁体并将气流引导至所述球形永磁体的下方以驱动所述球形永磁体悬浮的第二支架组件。2.根据权利要求1所述的磁性机器人驱动装置，其特征在于，多个所述电磁线圈围绕所述球形永磁体的两磁极连线均布设置，各个所述电磁线圈的两磁极连线延长相交于所述球形永磁体的中心位置，各个所述电磁线圈对所述球形永磁体在水平和竖直方向的作用效果相同。3.根据权利要求2所述的磁性机器人驱动装置，其特征在于，所述驱动装置本体单元呈正置圆锥形，所述球形永磁体设于所述圆锥的锥尖位置，多个所述电磁线圈围绕所述圆锥的轴线均布设置，所述电磁线圈的两磁极连线与所述圆锥的母线平行，所述圆锥的上方为用于放置样品池的观测空间。4.根据权利要求1所述的磁性机器人驱动装置，其特征在于，所述电磁线圈为无磁芯电磁线圈，所述无磁芯电磁线圈包括铝制骨架和缠绕在所述铝制骨架外侧的线圈，所述铝制骨架的纵切面为干字形，所述线圈缠绕在所述干字的两横之间的竖上。5.根据权利要求1所述的磁性机器人驱动装置，其特征在于，所述第一支架组件包括第一支...

【专利技术属性】
技术研发人员：范新建，杨湛，蒋奕晖，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：