一种小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置，包括亥姆霍兹线圈系统、转台系统和运动平台；亥姆霍兹线圈系统用于产生匀强磁场，其至少包括第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈，第一亥姆霍兹线圈的轴向处于第一方向，第二亥姆霍兹线圈的轴向处于第二方向，第一方向与第二方向相垂直，且第一亥姆霍兹线圈的轴向与第二亥姆霍兹线圈的轴线相交；转台系统用于控制亥姆霍兹线圈系统沿第一方向或第二方向旋转，以生成三维磁场空间；运动平台位于该三维磁场空间内，磁性软体机器人放置在运动平台上；运动平台用于将磁性软体机器人的运动空间与亥姆霍兹线圈系统相隔离。本发明专利技术具有结构简单、操作方便、响应灵敏以及运行稳定的优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置


[0001]本专利技术涉及一种小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置。

技术介绍

[0002]小尺度机器人作为机器人领域的重要分支，在生物医学、环境保护、灾难救援等场景中具有重要意义，因为其尺寸较小，可无创进入几毫米甚至几微米的封闭空间，利用其在人体内进行细胞操纵、靶向药物运输、微创手术等成为可能。此外，仿生机器人介入生物体必须保障其本体能够在不对患者产生二次伤害的前提下完成相关任务，故相比于传统的刚性机器人，软体机器人的柔软性带来了更高的灵活性和适应性，柔软的身体使其具有极高的自由度，使得软体机器人能够克服传统机器人与非结构化的环境或脆弱生物对象互动中的局限性。同时磁控微型机器人因其尺寸小、运载能力强、非接触性驱动、操作精度高、可控性强、响应快速、生物安全、相容性好等诸多优点有望实现临床应用。因此，开展对小尺度磁控软体机器人的设计、制造和控制研究，对于促进生物、医疗等领域发展具有重要价值和实际意义。如何实现对小尺度软体机器人的运动进行高效和准确控制，是本领域需要解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的是提供一种小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置，以能够无接触式地控制小尺度磁性软体机器人在一定空间范围内以特定的模式进行运动。
[0004]为了实现上述主要目的，本专利技术提供了一种小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置，包括亥姆霍兹线圈系统、转台系统和运动平台；
[0005]亥姆霍兹线圈系统用于产生匀强磁场，其至少包括第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈，第一亥姆霍兹线圈的轴向处于第一方向，第二亥姆霍兹线圈的轴向处于第二方向，第一方向与第二方向相垂直，且第一亥姆霍兹线圈的轴向与第二亥姆霍兹线圈的轴线相交；
[0006]转台系统用于控制亥姆霍兹线圈系统沿第一方向或第二方向旋转，以生成三维磁场空间；运动平台位于该三维磁场空间内，磁性软体机器人放置在运动平台上；运动平台用于将磁性软体机器人的运动空间与亥姆霍兹线圈系统相隔离；
[0007]通过控制向第一亥姆霍兹线圈所通入电流地大小和方向、控制向第二亥姆霍兹线圈所通入电流的大小和方向、以及控制转台系统的转动角度，驱动磁性软体机器人按设定模式进行运动。
[0008]作为本专利技术的一种具体实施方式，转台系统包括基座、转台、传动机构和步进电机；转台转动设置于基座上，步进电机设置于基座上并通过传动机构带动转台旋转；亥姆霍兹线圈系统还包括安装座，第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈均安装于安装座上；安装座设置于转台上并与转台同步转动。
[0009]作为本专利技术的一种具体实施方式，传动机构包括齿轮式传动机构和带式传动机
构。
[0010]作为本专利技术的一种具体实施方式，运动平台包括支撑座、托盘和升降及锁紧机构；托盘用于向磁性软体机器人提供运动空间；升降及锁紧机构用于调节托盘的高度，其包括第一连接件和第二连接件，第一连接件设置于支撑座上，第一连接件和第二连接件之间螺纹配合连接以能够在竖直方向上进行升降；托盘设置于第二连接件上。
[0011]作为本专利技术的一种具体实施方式，运动平台还包括调平及锁紧机构，其包括调平球头、球面连接块和多个调节螺栓；调平球头设置于第二连接件上，调平球头上设有与调节螺栓一一对应的螺纹孔；球面连接块具有与调平球头相适配的球型槽，球面连接块通过该球型槽与调平球头接触并形成球面副；球面连接块上设有可供调节螺栓贯穿的通道；托盘上设有连接孔，多个调节螺栓依次穿过连接孔、通道与螺纹孔配合连接，以将托盘连接在调平球头上；其中，通过控制多个调节螺栓的旋入深度进行托盘的调平。
[0012]作为本专利技术的一种具体实施方式，调平及锁紧机构还包括压板，压板位于托盘与球面连接块相接触侧面的相对另一侧，调节螺栓通过压板压紧托盘。
[0013]作为本专利技术的一种具体实施方式，托盘上还设有多个气泡水平仪；通过观察气泡水平仪来调整多个调节螺栓的旋入深度。
[0014]作为本专利技术的一种具体实施方式，第一亥姆霍兹线圈包括两个相同的第一圆形线圈，两个第一圆形线圈同轴；第二亥姆霍兹线圈包括两个相同的第二圆形线圈，两个第二圆形线圈同轴；两个第二圆形线圈的等效直径小于两个第一圆形线圈的等效直径，且两个第二圆形线圈对称安装于两个第一圆形线圈的内部，以使得两个第一圆形线圈和两个第二圆形线圈的几何中心相重合。
[0015]作为本专利技术的一种具体实施方式，磁驱动装置还包括用于识别磁性软体机器人的位置、速度以及航向的视觉系统。
[0016]作为本专利技术的一种具体实施方式，视觉系统包括用于获取磁性软体机器人位置和姿态的第一相机和第二相机；第一相机的光轴通过第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈的轴向交点；第二相机设置于第二亥姆霍兹线圈的一侧，且第二相机的光轴与第二亥姆霍兹线圈的轴线相重合；其中，第一相机的光轴与第二相机的光轴相垂直。
[0017]本专利技术具备以下有益效果：
[0018]本专利技术中，第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈形成二维磁场空间，并通过转台系统将二维磁场空间拓展为三维磁场空间；通过对第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈进行通电控制，实现在该三维磁场空间内对磁性软体机器人快速、准确的驱动；本专利技术具有结构简单、操作方便、响应灵敏以及运行稳定的优点。
[0019]为了更清楚地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1的整体布局示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例1中亥姆霍兹线圈系统的结构图；
[0022]图3是本专利技术实施例1中转台系统的结构图；
[0023]图4是本专利技术实施例1中运动平台的结构图；
[0024]图5是本专利技术实施例1中调平及锁紧机构的结构图；
[0025]图6是图5的分解图；
[0026]图7是图5中球面连接块的结构图；
[0027]图8是软体机器人的磁化过程示意图；
[0028]图9是显示磁性软体机器人的磁化方向的一种示意图；
[0029]图10是本专利技术实施例1中两种示例运动模式的控制信号示意图；
[0030]图11是本专利技术实施例1中磁性软体机器人在双足蠕动模式下的运动过程示意图；
[0031]图12是本专利技术实施例1中磁性软体机器人在单点微振模式下的运动过程示意图。
具体实施方式
[0032]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
[0034]实施例1
[0035]本专利技术实施例1的小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置，其特征在于，包括亥姆霍兹线圈系统、转台系统和运动平台；所述亥姆霍兹线圈系统用于产生匀强磁场，其至少包括第一亥姆霍兹线圈和第二亥姆霍兹线圈，所述第一亥姆霍兹线圈的轴向处于第一方向，所述第二亥姆霍兹线圈的轴向处于第二方向，第一方向与第二方向相垂直，且所述第一亥姆霍兹线圈的轴向与所述第二亥姆霍兹线圈的轴线相交；所述转台系统用于控制所述亥姆霍兹线圈系统沿第一方向或第二方向旋转，以生成三维磁场空间；所述运动平台位于该三维磁场空间内，磁性软体机器人放置在所述运动平台上；所述运动平台用于将磁性软体机器人的运动空间与所述亥姆霍兹线圈系统相隔离；通过控制向所述第一亥姆霍兹线圈所通入电流地大小和方向、控制向所述第二亥姆霍兹线圈所通入电流的大小和方向、以及控制转台系统的转动角度，驱动磁性软体机器人按设定模式进行运动。2.如权利要求1所述的小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置，其特征在于：所述转台系统包括基座、转台、传动机构和步进电机；所述转台转动设置于所述基座上，所述步进电机设置于所述基座上并通过所述传动机构带动所述转台旋转；所述亥姆霍兹线圈系统还包括安装座，所述第一亥姆霍兹线圈和所述第二亥姆霍兹线圈均安装于所述安装座上；所述安装座设置于所述转台上并与所述转台同步转动。3.如权利要求2所述的小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置，其特征在于：所述传动机构包括齿轮式传动机构和带式传动机构。4.如权利要求1所述的小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置，其特征在于：所述运动平台包括支撑座、托盘和升降及锁紧机构；所述托盘用于向磁性软体机器人提供运动空间；所述升降及锁紧机构用于调节所述托盘的高度，其包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件设置于所述支撑座上，所述第一连接件和所述第二连接件之间螺纹配合连接以能够在竖直方向上进行升降；所述托盘设置于所述第二连接件上。5.如权利要求4所述的小尺度磁性软体机器人的磁驱动装置，其特征在于：所述运动平台还包括调平及锁紧机构，其包括调平球头、球面连接块和多个调节螺栓...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝崇磊，王雨彤，窦斌宏，李世杰，李兵，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：