【技术实现步骤摘要】
一种磁性微机器人群体协同控制系统
[0001]本申请涉及微纳操作
，尤其是一种磁性微机器人群体协同控制系统。
技术介绍
[0002]近年来，磁性微机器人在微纳操作领域表现出巨大潜力，成为研究热点。由于磁性微机器人具有体积小且不受物理约束的特性，因而十分适合工作在相对狭窄的封闭空间。目前，磁性微机器人被广泛应用于生物医疗领域，如血管疏通、靶向给药、生物测定、化学分析等。
[0003]驱动控制技术是磁性微机器人的研究核心，尤其是在对磁性微机器人群体进行协同控制时，不但提高了微操作任务吞吐量，而且能够完成一些单个微机器人难以实现的复杂任务。传统的驱动控制技术中电磁线圈产生的是全局磁场，然而，由于磁性微机器人与全局磁场相互作用的性质，传统电磁线圈产生的全局磁场难以实现微机器人群体的运动解耦。此外，磁性微机器人之间的相互影响也使得磁性微机器人群体的协同控制变得更加复杂。
技术实现思路
[0004]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种磁性微机器人群体协同控制系统，本申请的技术方案如下：
[00...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁性微机器人群体协同控制系统，其特征在于，所述磁性微机器人群体协同控制系统包括控制模块、多个微线圈、视觉反馈模块和多个微机器人；多个微线圈分别沿着x方向和y方向排布形成行列结构的平面二维阵列，多个微机器人设置在多个微线圈形成的工作空间中，且每个微机器人沿着z方向磁化且所述微机器人的N极沿着z方向朝上放置，x方向、y方向和z方向相互垂直并构成符合右手坐标系的工作空间坐标系；所述视觉反馈模块朝向所述工作空间，所述控制模块连接并控制所述视觉反馈模块和各个微线圈；所述控制模块执行的协同控制方法包括：确定各个微机器人在所述工作空间坐标系中的起始位置和目标位置，并确定求解约束，所述求解约束包括位移约束和距离约束，所述位移约束用于约束每个微机器人的运动状态，所述距离约束用于约束任意两个微机器人之间的位置关系；在所述求解约束下基于冲突搜索算法进行路径规划，确定各个微机器人从起始位置至目标位置的目标路径；通过所述视觉反馈模块确定各个微机器人的实时位置，并根据每个微机器人的实时位置和目标路径控制向对应的微线圈中通入电流以产生局部磁场，以驱动各个微机器人按照各自对应的目标路径从起始位置运动至目标位置。2.根据权利要求1所述的磁性微机器人群体协同控制系统，其特征在于，各个微线圈的结构相同且均为平面圆形螺旋结构，各个微线圈的外接矩形排布形成二维网格结构，各个微线圈的外接矩形的中心点为中心平衡点，各个微线圈的外接矩形的顶点为对角平衡点，每个微机器人的目标路径包括若干个可行路径点，每个可行路径点为中心平衡点或对角平衡点。3.根据权利要求2所述的磁性微机器人群体协同控制系统，其特征在于，所述位移约束用于约束每个微机器人从一个外接矩形的中心平衡点移动到同一个外接矩形的其中一个对角平衡点，或者用于约束每个微机器人从一个外接矩形的对角平衡点移动到同一个外接矩形的中心平衡点。4.根据权利要求1所述的磁性微机器人群体协同控制系统，其特征在于，所述距离约束，用于约束任意两个微机器人之间的距离大于等于第一距离阈值，当两个微机器人之间的距离小于所述第一距离阈值时产生磁相互作用。5.根据权利要求1所述的磁性微机器人群体协同控制系统，其特征在于，所述工作空间中还包括若干个位置已知的障碍物，所述求解约束还包括避障约束，所述避障约束用于约束任意一个微机器人与任意一个障碍物的距离大于等于第二距离阈值。6.根据权利要求1所述的磁性微机器人群体协同控制系统，其特征在于，所述根据每个微机器人的实时位置和目标路径控制向对应的微线圈中通入的电流以产生局部磁场，以驱动各个微机器人按照各自对应的目标路径从起始位置运动至目标位置，包括对于每个微机器人：从所述微机器人的起始位置开始，基于所述微机器人的实时位置至所述目标路径的下一个可行路径点的矢量计算所需的总驱动磁力的大小及方向，根据所述总驱动磁力向所...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊启高，崔光明，刘跃跃，毕恺韬，艾建，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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