[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

• 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(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。