[發明專利]一種視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動控制系統

在審

• 申請號: 201710547179.6
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107179780A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 宋霜;宋時間;孟慶虎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電磁線圈裝置技術領域，尤其涉及一種可以產生有規律的電磁場并可進行人為控制視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動控制系統。該驅動系統可以用于驅動磁性材料制作而成的微機器人進行無纜的三維運動，利用視覺反饋的位置信息對微機器人進行閉環控制驅動。

背景技術

微機器人無纜化操作在生物學、醫學、微裝配、微納制造等領域有著極廣闊的應用前景，一種方法是通過控制外加磁場來控制磁性材料制作而成的微機器人運動，將能量通過磁場的磁力作用轉化為微機器人的動能，從而實現微機器人的無纜驅動。利用外磁場對微機器人進行無纜驅動，目前分析實驗較多的是一維或二維驅動系統的設計和研究，而實際微機器人潛在的應用場合往往要求微機器人進行三維空間上的無纜驅動。此外絕大多數的微機器人的無纜驅動都是開環控制，微機器人運動的精度不高。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動控制系統。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動控制系統，包括一對X 軸赫姆霍茲線圈、一對X軸麥克斯韋線圈、一對Y軸赫姆霍茲線圈、一對Y軸麥克斯韋線圈、一對Z軸赫姆霍茲線圈和一對Z軸麥克斯韋線圈，上述每對線圈均平行設置，一對X軸赫姆霍茲線圈位于一對X 軸麥克斯韋線圈內側，一對Y軸赫姆霍茲線圈位于一對Y軸麥克斯韋線圈內側，一對Z軸赫姆霍茲線圈位于一對Z軸麥克斯韋線圈內側，所述一對Y軸赫姆霍茲線圈、一對Y軸麥克斯韋線圈位于一對X軸赫姆霍茲線圈、一對X軸麥克斯韋線圈外側，一對Z軸赫姆霍茲線圈和一對Z軸麥克斯韋線圈位于一對X軸赫姆霍茲線圈、一對X軸麥克斯韋線圈內側，三對赫姆霍茲線圈軸向方向兩兩正交，三對麥克斯韋線圈軸向方向兩兩正交，六對線圈軸向方向共同指向的中間區域為微機器人驅動的工作空間，還包括兩個視頻監控裝置，兩個視頻監控裝置正交放置，獲取微機器人運動的圖片傳送至上位機，上位機輸出控制信號給下位機，下位機作用于電磁線圈電流源產生的電磁場用來閉環控制微機器人的運動。

優選的，對于每一個軸方向上的赫姆霍茲線圈和麥克斯韋線均圈設計在同一個線圈骨架上。

優選的，通過重力補償控制算法計算出微機器人在三個軸向分量產生的磁力，求出微機器人在工作空間中所需的磁場規律。

優選的，每個軸方向上的赫姆霍茲線圈和麥克斯韋線圈的線圈骨架互不干涉，每個線圈骨架留有槽來纏繞導線，制作線圈。

優選的，六對線圈任意每對線圈可以用一個獨立的電流源，也可以用兩個獨立的電流源來控制通入線圈的電流；對于整個三維電磁驅動裝置最少需要六個獨立的電流源，最多可用十二個獨立的電流源。

優選的，電流源可以采用可編程電流源，通入線圈的電流可以是直流電也可以是交流電。

優選的，當線圈通入直流電時，工作空間產生均勻磁場和均勻梯度的磁場，當線圈通入正余弦電流時可以在工作空間產生旋轉磁場。

優選的，通過調整通入各線圈的電流，可以實時控制微機器人在工作空間中不同方向的運動。

優選的，視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動控制系統產生的磁場可以作為微機器人驅動應用外，也可以作為其他領域提供特定磁場的研究。

優選的，通過攝像頭獲取微機器人的實際位置，期望位置與實際的差作為輸入來控制微機器人運動所需的磁力，進而實時調整輸入各個線圈的電流，可以實時閉環控制微機器人在工作空間中不同方向的運動。

本發明可以在工作空間沿任一方向產生均勻磁場和均勻梯度磁場；視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動控制系統產生的均勻磁場和均勻梯度磁場的值在一定范圍內可控可調；可以對用磁性材料制作而成的微機器人進行三維空間的無纜驅動；利用兩個視頻監控裝置得到微機器人運動的三維位置信息，用來進行閉環控制；三維無纜磁驅動微機器人具有五個自由度的運動；給三維電磁驅動系統中三對赫姆霍茲線圈通入正余弦電流，可以在工作空間中產生旋轉磁場，及產生磁場的磁場強度值保持不變，方向做圓周運動。

附圖說明

圖1為本發明提出的一種視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動控制系統的結構示意圖。

圖2為本發明提出的一種視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動控制系統流程簡化圖。

圖3為本發明提出的一種視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動系統微機器人重力補償控制算法示意圖。

圖4為本發明提出的一種視覺反饋三維電磁微機器人無纜驅動系統微機器人基于視覺反饋控制流程圖。