【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计一种柔性磁驱结构性能强化方法，具体是提供一种面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法及装置。
技术介绍
1、与传统的刚性机器人相比，柔性机器人具有更强的适应性、更好的灵活性和更高的自由度，是目前研究的热点。它们能够根据需要产生许多优雅而富有想象力的变形，这使得它们在各个领域得到了应用，包括生物学、医学、深海探测等。软体机器人具有广泛的变形能力，一方面是因为软体机器人本身的结构设计，另一方面则是由于软体机器人的众多驱动方式。在各种驱动方法中，磁场驱动因其快速响应、高穿透性、生物相容性以及最重要的非接触特性而脱颖而出，这种驱动方式可以很好适应各种环境。因此，磁场驱动被认为是最有前途的驱动方法之一。
2、磁场驱动软机器人的应用依赖于机器人结构中磁性材料的存在。这些材料在机器人形成过程中通过施加磁场形成具有磁各向异性的微观结构。通常，这些微观结构由硬磁性颗粒(钕铁硼)组成。在这种微观结构的帮助下，软体机器人可以在磁场中表现出多功能行为。随着磁性软机器人研究的深入，人们提出了各种方法来创建必要的磁性微观结构。其中许多方法都涉及到磁场与3d打印技术的集成。例如，磁性软机器人的直接墨水书写(diw)方法利用磁场对齐嵌入在挤出材料中的磁性颗粒，从而实现打印平面内的磁性各向异性。另一种方法是磁场辅助选择性光固化方法(magnetic field-assisted stereo-lithography)，其中磁性颗粒被永磁铁排列成特定的微观结构(排布)，然后使用紫外线固化(完成定向)，以制造功能性磁驱软机器人。该方法实现了
3、然而，在多次定向后，光固化原料中的硬磁颗粒由于其高剩余磁化强度而容易聚集，从而导致不准确的定向，进而使该部分的整体剩余磁化在不必要的方向发生损耗。这个问题大大降低了磁场辅助光固化成型产品的驱动效果。目前对磁性颗粒聚集体微观结构的研究主要集中在软磁颗粒聚集体上。如fe3o4纳米颗粒团簇在磁场中的分解和扩散变化，而对硬磁颗粒团聚体的研究大多局限于对团聚体整体形态的分析。不解决这一微观结构问题，柔性磁驱结构的性能就无法得到提高。遗憾的是，多个磁化方向的需求与重复定向引起的粒子聚集问题之间的冲突尚未得到有效解决。因此迫切需要一种方法可以解决硬磁颗粒在多次经过磁场排布后的团聚问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种利用交变磁场强化硬磁颗粒链性能的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法。该方法可以极大提高硬磁颗粒链的取向性和稳定时间，由此可以提高柔性磁驱结构的各方面性能，并且该方法在同一平面内可以反复实施而不会失去效果，在不同的基质中方法也同样适用。
2、一种面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，该方法主要应用于采用磁场辅助选择性光固化制备柔性磁驱结构件的过程中，包括：在进行下一次排布前，针对其余未定向硬磁颗粒进行如下处理：
3、(1)使用x-y平面旋转振荡磁场将其余未定向硬磁颗粒分散成长度均一，粗细相对均匀的小颗粒链单元；
4、(2)使用z轴振荡磁场作用于步骤(1)初步处理得到的颗粒链单元，使得颗粒链单元集体转向至z轴方向，且颗粒链单元粗细更加均匀，同时实现颗粒链单元在平面内均匀分布；
5、可选择的，交替重复进行步骤(1)和步骤(2)一次或多次，最终使得颗粒链以相同的间距均匀分布在平面内，且所有硬磁颗粒链单元长度均匀，粗细均匀。对得到的硬磁颗粒链单元施加排布磁场，可以获得致密、均匀的硬磁颗粒链，各方面性能得到提升。
6、作为优选，在采用磁场辅助选择性光固化制备柔性磁驱结构件的过程中，当某一个定向完成后，其余未定向硬磁颗粒中存在团聚时，采用上述方法进行处理。
7、具体的，一种面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，包括：
8、(1)使用x-y平面旋转振荡磁场将团聚的颗粒链分散成长度均一，粗细相对均匀的小颗粒链单元；
9、(2)使用z轴振荡磁场将(1)得到的颗粒链单元集体转向至z轴方向，进而利用相同取向颗粒链之间的排斥力使颗粒链在平面内相互远离最终以相同的间距均匀分布在平面内；
10、(3)交替重复(1)(2)步骤，反复多次后，被分散的均一尺寸颗粒团聚体将被均匀分布在平面内。
11、完成上述处理后，可以进行后续排布操作，即：
12、使用排布磁场将颗粒在所需方向排布成链状结构赋予柔性磁驱结构磁各向异性。
13、如柔性磁驱结构需要多个方向的磁矩，则可以在每次排布之前实施以上过程，可以极大提高每个排布方向的磁颗粒链性能，从而提高柔性磁驱结构的整体性能。
14、通过本专利技术，可以使用交变磁场(磁场振荡筛)使会影响柔性磁驱结构性能的颗粒链团聚体分解成细小的颗粒团聚单元，并且使他们均匀分布在平面内，随后使用排布磁场可以得到致密，均匀且在所需方向有更高剩磁的颗粒链，这一提升很大程度上强化了柔性磁驱结构的性能。
15、本专利技术中，针对特定的硬磁颗粒，通过预先的实验，确定所述z轴振荡磁场的振荡频率和磁场幅值；以及所述x-y平面旋转振荡磁场的旋转频率、振荡频率和磁场幅值。
16、作为优选，确定所述z轴振荡磁场的振荡频率和磁场幅值的方法为：
17、z轴振荡磁场的振荡频率：对经过团聚预处理后的同种硬磁颗粒施加单一幅值的z轴磁场，根据硬磁颗粒z轴投影面积变化，确定z轴振荡磁场的振荡频率；
18、z轴振荡磁场的磁场幅值：对经过团聚预处理后的同种硬磁颗粒施加不同最大幅值的z轴振荡磁场，以颗粒团聚单元分布均匀性、单元直径以及单元间距三者最佳为判断标准，获取z轴磁场的最大幅值的最佳范围bmax1～bmax2，获取z轴磁场的最大幅值bmax。
19、作为优选，z轴振荡磁场的幅值范围为0～bmax，x-y平面旋转振荡磁场的幅值范围为bmax1～bmax2。
20、作为优选，对经过团聚预处理后的的同种硬磁颗粒施加不同旋转频率和不同振荡频率的x-y平面旋转振荡磁场，然后施加已确定参数的z轴振荡磁场，两者交替工作，以磁颗粒链的取向性、颗粒链之间的间距最佳为判断标准，获取x-y平面旋转振荡磁场的旋转频率和振荡频率。
21、作为优选，该方法基于三维亥姆霍兹线圈产生磁场，即所述x-y平面旋转振荡磁场和z轴振荡磁场由三维亥姆霍兹线圈产生。三维亥姆霍兹线圈产生磁场具有非接触式，响应速度快，穿透性强，生物相容性好等诸多优势，这是其他的驱动方式所不具备的。
22、作为优选，x-y平面内旋转振荡磁场的幅值b0、x-y平面内旋转振荡磁场z轴方向的振荡磁场分别为：
23、
24、
25、
26、其中，bmax为磁场在x-y平面内和z轴方向的最大幅值(在本方法的验证中为60mt)，b0为x-y平面内旋转振荡磁场的幅值，为一个随时间变化的标量值，fx-y为x-y平面旋转振荡磁场的旋转频率，k为x-y平面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，该方法主要应用于采用磁场辅助选择性光固化制备柔性磁驱结构件的过程中，其特征在于，包括：在进行下一次排布前，针对其余未定向硬磁颗粒进行如下处理：
2.根据权利要求1所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，针对特定的硬磁颗粒，通过预先的实验，确定所述z轴振荡磁场的振荡频率和磁场幅值；以及所述x-y平面旋转振荡磁场的旋转频率、振荡频率和磁场幅值。
3.根据权利要求2所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，确定所述z轴振荡磁场的振荡频率和磁场幅值的方法为：
4.根据权利要求3所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，z轴振荡磁场的幅值范围为0～Bmax，x-y平面旋转振荡磁场的幅值范围为Bmax1～Bmax2。
5.根据权利要求3所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，对经过团聚预处理后的同种硬磁颗粒施加不同旋转频率和不同振荡频率的x-y平面旋转振荡磁场，然后施加已确定参数的z轴振荡磁场，两者交替工作，以磁颗粒链的
6.根据权利要求1所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，所述x-y平面旋转振荡磁场和z轴振荡磁场由三维亥姆霍兹线圈产生。
7.根据权利要求1所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，所述x-y平面旋转振荡磁场的幅值B0、x-y平面旋转振荡磁场z轴振荡磁场的磁场分别为：
8.一种磁场辅助选择性光固化方法制备柔性磁驱结构件的方法，其特征在于，包括：在完成一次或多次定向后，采用权利要求1～7任一项所述的磁场震荡筛方法对所述剩余硬磁颗粒进行处理。
9.一种实施权利要求1～7任一项所述面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法的装置，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述磁场产生单元为三维亥姆霍兹线圈，由三组两两垂直的线圈对组成；所述控制单元由单片机和上位机组成，通过上位机向单片机发送指令，单片机根据指令输出信号控制线圈的电流，从而产生所需的x-y平面旋转振荡磁场和z轴振荡磁场。
...【技术特征摘要】
1.一种面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，该方法主要应用于采用磁场辅助选择性光固化制备柔性磁驱结构件的过程中，其特征在于，包括：在进行下一次排布前，针对其余未定向硬磁颗粒进行如下处理：
2.根据权利要求1所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，针对特定的硬磁颗粒，通过预先的实验，确定所述z轴振荡磁场的振荡频率和磁场幅值；以及所述x-y平面旋转振荡磁场的旋转频率、振荡频率和磁场幅值。
3.根据权利要求2所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，确定所述z轴振荡磁场的振荡频率和磁场幅值的方法为：
4.根据权利要求3所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，z轴振荡磁场的幅值范围为0～bmax，x-y平面旋转振荡磁场的幅值范围为bmax1～bmax2。
5.根据权利要求3所述的面向柔性磁驱结构性能提升的磁场震荡筛方法，其特征在于，对经过团聚预处理后的同种硬磁颗粒施加不同旋转频率和不同振荡频率的x-y平面旋转振荡磁场，然后施加已确定参数的z轴振荡磁场，两者交替工作，以磁颗粒链的取...
【专利技术属性】
技术研发人员：张承谦，胡哲哉，赵朋，孙浩南，戴煌哲，傅建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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