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[發(fā)明專利]一種視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動控制系統(tǒng)在審

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201710547179.6 申請日: 2017-07-06
公開(公告)號: CN107179780A 公開(公告)日: 2017-09-19
發(fā)明(設(shè)計)人: 宋霜;宋時間;孟慶虎 申請(專利權(quán))人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)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
地址: 518000 廣東省深圳*** 國省代碼: 廣東;44
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摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 一種 視覺 反饋 三維 電磁 微機(jī) 器人無纜 驅(qū)動 控制系統(tǒng)
【說明書】:

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及一種電磁線圈裝置技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種可以產(chǎn)生有規(guī)律的電磁場并可進(jìn)行人為控制視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動控制系統(tǒng)。該驅(qū)動系統(tǒng)可以用于驅(qū)動磁性材料制作而成的微機(jī)器人進(jìn)行無纜的三維運(yùn)動,利用視覺反饋的位置信息對微機(jī)器人進(jìn)行閉環(huán)控制驅(qū)動。

背景技術(shù)

微機(jī)器人無纜化操作在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、微裝配、微納制造等領(lǐng)域有著極廣闊的應(yīng)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(jī)器人運(yùn)動,將能量通過磁場的磁力作用轉(zhuǎn)化為微機(jī)器人的動能,從而實(shí)現(xiàn)微機(jī)器人的無纜驅(qū)動。利用外磁場對微機(jī)器人進(jìn)行無纜驅(qū)動,目前分析實(shí)驗(yàn)較多的是一維或二維驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和研究,而實(shí)際微機(jī)器人潛在的應(yīng)用場合往往要求微機(jī)器人進(jìn)行三維空間上的無纜驅(qū)動。此外絕大多數(shù)的微機(jī)器人的無纜驅(qū)動都是開環(huán)控制,微機(jī)器人運(yùn)動的精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn),而提出的一種視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動控制系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:

一種視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動控制系統(tǒng),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(shè)置,一對X軸赫姆霍茲線圈位于一對X 軸麥克斯韋線圈內(nèi)側(cè),一對Y軸赫姆霍茲線圈位于一對Y軸麥克斯韋線圈內(nèi)側(cè),一對Z軸赫姆霍茲線圈位于一對Z軸麥克斯韋線圈內(nèi)側(cè),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(cè),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(nèi)側(cè),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(qū)域?yàn)槲C(jī)器人驅(qū)動的工作空間,還包括兩個視頻監(jiān)控裝置,兩個視頻監(jiān)控裝置正交放置,獲取微機(jī)器人運(yùn)動的圖片傳送至上位機(jī),上位機(jī)輸出控制信號給下位機(jī),下位機(jī)作用于電磁線圈電流源產(chǎn)生的電磁場用來閉環(huán)控制微機(jī)器人的運(yùn)動。

優(yōu)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(shè)計在同一個線圈骨架上。

優(yōu)選的,通過重力補(bǔ)償控制算法計算出微機(jī)器人在三個軸向分量產(chǎn)生的磁力,求出微機(jī)器人在工作空間中所需的磁場規(guī)律。

優(yōu)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(dǎo)線,制作線圈。

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

優(yōu)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(yōu)選的,當(dāng)線圈通入直流電時,工作空間產(chǎn)生均勻磁場和均勻梯度的磁場,當(dāng)線圈通入正余弦電流時可以在工作空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

優(yōu)選的,通過調(diào)整通入各線圈的電流,可以實(shí)時控制微機(jī)器人在工作空間中不同方向的運(yùn)動。

優(yōu)選的,視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動控制系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場可以作為微機(jī)器人驅(qū)動應(yīng)用外,也可以作為其他領(lǐng)域提供特定磁場的研究。

優(yōu)選的,通過攝像頭獲取微機(jī)器人的實(shí)際位置,期望位置與實(shí)際的差作為輸入來控制微機(jī)器人運(yùn)動所需的磁力,進(jìn)而實(shí)時調(diào)整輸入各個線圈的電流,可以實(shí)時閉環(huán)控制微機(jī)器人在工作空間中不同方向的運(yùn)動。

本發(fā)明可以在工作空間沿任一方向產(chǎn)生均勻磁場和均勻梯度磁場;視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動控制系統(tǒng)產(chǎn)生的均勻磁場和均勻梯度磁場的值在一定范圍內(nèi)可控可調(diào);可以對用磁性材料制作而成的微機(jī)器人進(jìn)行三維空間的無纜驅(qū)動;利用兩個視頻監(jiān)控裝置得到微機(jī)器人運(yùn)動的三維位置信息,用來進(jìn)行閉環(huán)控制;三維無纜磁驅(qū)動微機(jī)器人具有五個自由度的運(yùn)動;給三維電磁驅(qū)動系統(tǒng)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,及產(chǎn)生磁場的磁場強(qiáng)度值保持不變,方向做圓周運(yùn)動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提出的一種視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動控制系統(tǒng)流程簡化圖。

圖3為本發(fā)明提出的一種視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動系統(tǒng)微機(jī)器人重力補(bǔ)償控制算法示意圖。

圖4為本發(fā)明提出的一種視覺反饋三維電磁微機(jī)器人無纜驅(qū)動系統(tǒng)微機(jī)器人基于視覺反饋控制流程圖。

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