本发明专利技术提供一种磁性软体机器人的驱动方法及装置，该磁性软体机器人的有效的驱动波形为一种三组参数可调的梯形波。该梯形波可有效驱动不同种类的软体机器人，通过不同的组合可以实现操控四爪或六爪软体机器人实现复杂的运动模式如收缩、恢复、游泳等。该磁性软体机器人的驱动装置包括磁性软体机器人、单片机控制装置、功率放大装置和三维空间磁场发生装置。按照操作需求设计出驱动波形后，可通过上位机输入波形参数或描点输入具体波形，单片机处理后形成波形数据。波形数据经DAC调制后输出为模拟电压信号，经功率放大器放大后激励线圈产生对应驱动磁场，控制磁性软体机器人运动。控制磁性软体机器人运动。控制磁性软体机器人运动。
【技术实现步骤摘要】
一种磁性软体机器人的驱动方法及装置
[0001]本专利技术属于磁性软体机器人领域，更具体地，涉及一种磁性软体机器人的驱动方法及装置。
技术介绍
[0002]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，在医疗诊断、环境检测和空间探测等方面展现出广泛的应用潜力。软体机器人的驱动方式包括物理驱动、流体驱动和电磁驱动等，其中，磁驱动技术具有非接触、可控性强和穿透性能好等显著优势，已成为当前软体机器人领域的研究前沿和热点。
[0003]目前，磁性软体机器人领域的一个重要发展领域是如何实现软体机器人的多模态变形和运动。为实现此目标，一种可行的途径在于调节软体机器人内部的磁化特性，另一种在于调节外部驱动磁场。而目前研究主要集中于通过部磁化特性来实现磁性软体机器人的多模态运动，但对于外部驱动磁场的设计研究相对较少，目前主要驱动磁场类型为静态磁场、振荡磁场和旋转磁场等，功能较为单一，参数可调性差。事实上，由于磁性软体机器人的运动模态是由其内部的磁化方向分布和其外部的驱动磁场共同控制，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灵活和可控运动同样具有重要意义。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种磁性软体机器人的驱动方法及装置，旨在解决目前驱动磁场波形功能单一，难以实现磁性软体机器人多模态复杂运动的问题。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种磁性软体机器人的驱动方法，包括如下步骤：
[0006]确定驱动线圈所用的驱动波；所述驱动波为参数可调的梯形波，所述参数包括：上升沿持续时间、上升沿起始值、上升沿终止值、下降沿持续时间、下降沿起始值、下降沿终止值、平顶波持续时间以及平顶波幅值；所述驱动线圈用于在预设区域产生均匀磁场，其磁场方向和强度随驱动波变化；
[0007]向所述驱动线圈输入驱动波，以在预设区域内产生均匀磁场，驱动处于预设区域内的磁场软体机器人产生对应的形态变化；所述磁性软体机器人为中心对称的多爪软体机器人，其中，通过调控所述梯形波上升沿和下降沿斜率控制多爪软体机器人聚拢和放松速度，通过调控所述上升沿的终止值和下降沿终止值控制多爪软体机器人聚拢和放松的程度，通过调控平顶波的持续时间和幅值控制多爪软体机器人保持聚拢或放松的时间和程度；当所述多爪软体机器人置于液体环境时，设所述梯形波上升沿持续时间为第一时间，下降沿持续时间为第二时间，控制第一时间大于第二时间，使得多爪软体机器人向下划动液体的过程快速进行，以在液体中向上运动，向上划动液体恢复的过程缓慢进行，以在液体中
向下运动，且向下运动的距离小于向上运动的距离；控制下降沿的终止值小于上升沿的起始值，使得向下划动液体后达到向下收缩状态，并控制上升沿之后进入下降沿，且在下降沿之后进入平顶波，控制平顶波的持续时间，使得向下划动液体后多爪软体机器人维持向下收缩的状态，以利用惯性获得进一步的上升距离，实现在液体环境中类似水母的仿生运动。
[0008]在一个可选的示例中，所述多爪软体机器人的磁化方式为：沿几何中心向各个爪臂延伸的方向径向磁化。
[0009]在一个可选的示例中，通过控制梯形波上升沿的斜率，使得所述多爪软体机器人聚拢的速度低于第一预设速度，以利用多爪软体机器人抓捕柔软易碎的物体；通过控制梯形波上升沿的斜率，使得所述多爪软体机器人聚拢的速度大于第二预设速度，之后控制梯形波从上升沿转入平顶波，以控制多爪软体机器人聚拢后保持聚拢状态一段时间，以利用多爪软体机器人捕捉移动物体。
[0010]在一个可选的示例中，当多爪软体机器人置于液体环境中时，一个周期内，控制梯形波从第一个上升沿、下降沿到平定波变化，之后再进行第二个上升沿，使得多爪软体机器人先由水平状态向上收缩，再变化至向下收缩并保持，之后在第二个上升沿的作用下恢复至水平状态；控制向多爪软体机器人的驱动线圈周期输入所述梯形波，以控制多爪软体机器人持续向上游动。
[0011]在一个可选的示例中，所述多爪软体机器人为：四爪磁性软体机器人或者六爪磁性软体机器人。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种磁性软体机器人的驱动装置，包括：
[0013]驱动波确定单元，用于确定驱动线圈所用的驱动波；所述驱动波为参数可调的梯形波，所述参数包括：上升沿持续时间、上升沿起始值、上升沿终止值、下降沿持续时间、下降沿起始值、下降沿终止值、平顶波持续时间以及平顶波幅值；所述驱动线圈用于在预设区域产生均匀磁场，其磁场方向和强度随驱动波变化；
[0014]驱动控制单元，用于向所述驱动线圈输入驱动波，以在预设区域内产生均匀磁场，驱动处于预设区域内的磁场软体机器人产生对应的形态变化；所述磁性软体机器人为中心对称的多爪软体机器人，其中，通过调控所述梯形波上升沿和下降沿斜率控制多爪软体机器人聚拢和放松速度，通过调控所述上升沿的终止值和下降沿终止值控制多爪软体机器人聚拢和放松的程度，通过调控平顶波的持续时间和幅值控制多爪软体机器人保持聚拢或放松的时间和程度；当所述多爪软体机器人置于液体环境时，设所述梯形波上升沿持续时间为第一时间，下降沿持续时间为第二时间，控制第一时间大于第二时间，使得多爪软体机器人向下划动液体的过程快速进行，以在液体中向上运动，向上划动液体恢复的过程缓慢进行，以在液体中向下运动，且向下运动的距离小于向上运动的距离；控制下降沿的终止值小于上升沿的起始值，使得向下划动液体后达到向下收缩状态，并控制上升沿之后进入下降沿，且在下降沿之后进入平顶波，控制平顶波的持续时间，使得向下划动液体后多爪软体机器人维持向下收缩的状态，以利用惯性获得进一步的上升距离，实现在液体环境中类似水母的仿生运动。
[0015]在一个可选的示例中，所述多爪软体机器人的磁化方式为：沿几何中心向各个爪臂延伸的方向径向磁化。
[0016]在一个可选的示例中，所述驱动控制单元通过控制梯形波上升沿的斜率，使得所
述多爪软体机器人聚拢的速度低于第一预设速度，以利用多爪软体机器人抓捕柔软易碎的物体；通过控制梯形波上升沿的斜率，使得所述多爪软体机器人聚拢的速度大于第二预设速度，之后控制梯形波从上升沿转入平顶波，以控制多爪软体机器人聚拢后保持聚拢状态一段时间，以利用多爪软体机器人捕捉移动物体。
[0017]在一个可选的示例中，当多爪软体机器人置于液体环境中时，一个周期内，所述驱动控制单元控制梯形波从第一个上升沿、下降沿到平定波变化，之后再进行第二个上升沿，使得多爪软体机器人先由水平状态向上收缩，再变化至向下收缩并保持，之后在第二个上升沿的作用下恢复至水平状态；控制向多爪软体机器人的驱动线圈周期输入所述梯形波，以控制多爪软体机器人持续向上游动。
[0018]在一个可选的示例中，所述多爪软体机器人为：四爪磁性软体机器人或者六爪磁性软体机器人。
[0019]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：
[0020](1)采用参数可控梯形波驱动，梯形波控制波形结构简单，参数本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁性软体机器人的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：确定驱动线圈所用的驱动波；所述驱动波为参数可调的梯形波，所述参数包括：上升沿持续时间、上升沿起始值、上升沿终止值、下降沿持续时间、下降沿起始值、下降沿终止值、平顶波持续时间以及平顶波幅值；所述驱动线圈用于在预设区域产生均匀磁场，其磁场方向和强度随驱动波变化；向所述驱动线圈输入驱动波，以在预设区域内产生均匀磁场，驱动处于预设区域内的磁场软体机器人产生对应的形态变化；所述磁性软体机器人为中心对称的多爪软体机器人，其中，通过调控所述梯形波上升沿和下降沿斜率控制多爪软体机器人聚拢和放松速度，通过调控所述上升沿的终止值和下降沿终止值控制多爪软体机器人聚拢和放松的程度，通过调控平顶波的持续时间和幅值控制多爪软体机器人保持聚拢或放松的时间和程度；当所述多爪软体机器人置于液体环境时，设所述梯形波上升沿持续时间为第一时间，下降沿持续时间为第二时间，控制第一时间大于第二时间，使得多爪软体机器人向下划动液体的过程快速进行，以在液体中向上运动，向上划动液体恢复的过程缓慢进行，以在液体中向下运动，且向下运动的距离小于向上运动的距离；控制下降沿的终止值小于上升沿的起始值，使得向下划动液体后达到向下收缩状态，并控制上升沿之后进入下降沿，且在下降沿之后进入平顶波，控制平顶波的持续时间，使得向下划动液体后多爪软体机器人维持向下收缩的状态，以利用惯性获得进一步的上升距离，实现在液体环境中类似水母的仿生运动。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多爪软体机器人的磁化方式为：沿几何中心向各个爪臂延伸的方向径向磁化。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过控制梯形波上升沿的斜率，使得所述多爪软体机器人聚拢的速度低于第一预设速度，以利用多爪软体机器人抓捕柔软易碎的物体；通过控制梯形波上升沿的斜率，使得所述多爪软体机器人聚拢的速度大于第二预设速度，之后控制梯形波从上升沿转入平顶波，以控制多爪软体机器人聚拢后保持聚拢状态一段时间，以利用多爪软体机器人捕捉移动物体。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当多爪软体机器人置于液体环境中时，一个周期内，控制梯形波从第一个上升沿、下降沿到平定波变化，之后再进行第二个上升沿，使得多爪软体机器人先由水平状态向上收缩，再变化至向下收缩并保持，之后在第二个上升沿的作用下恢复至水平状态；控制向多爪软体机器人的驱动线圈周期输入所述梯形波，以控制多爪软体机器人持续向上游动。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述多爪软体机器人为：四爪磁性软体机器人或者六爪磁性软体机器人。6.一种磁性软体机器人的驱动装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹全梁，刘锐奇，文昊，孙宇轩，巨雨薇，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：
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