[發明專利]一種電磁驅動式磁性軟體機器人的驅動裝置

有效

• 申請號: 202011640309.9
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112828877B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 曹全梁;孫宇軒;巨雨薇;姚健鵬;謝延;韓小濤;李亮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/12;B25J11/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 鄧彥彥;方放

本發明提供一種電磁驅動式磁性軟體機器人的驅動裝置，包括：多組電磁驅動線圈，每組電磁驅動線圈在其軸向產生磁場，每組電磁驅動線圈的軸向可任意設置，以在間隔空間產生任意方向的合成磁場；磁性軟體機器人被放置在間隔空間內，磁性軟體機器人包括多條臂，各條臂沿著磁性軟體機器人的中心對稱且軸對稱分布；其內部磁性粒子的磁矩呈中心對稱分布；控制通入每組電磁驅動線圈電流的變化趨勢，使得合成磁場在垂直磁性軟體機器人任意對稱軸的平面內磁場方向順時針或逆時針變化，以驅動磁性軟體機器人沿其對稱軸爬行運動。本發明使軟體機器人對稱軸兩側具有相反的磁化方向而在相同空間磁場作用下產生非對稱的磁轉矩響應，從而實現仿生爬行的動作模式。

技術領域

本發明屬于磁性軟體機器人控制領域，更具體地，涉及一種電磁驅動式磁性軟體機器人的驅動裝置。

背景技術

相較于傳統的剛體機器人，軟體機器人具有無限自由度、強變形能力、高度適應性等優勢，在工業柔性抓取、醫療康復、靶向運輸等人機交互和非結構化環境的領域有著更為廣闊的應用前景。目前已有研究表明，軟體機器人的驅動方式主要包括電驅動、光驅動、熱驅動、磁驅動等方式，其中由于磁場驅動具有無接觸、驅動效率高、響應速度快以及較高的生物安全性等顯著優勢，得到國內外學者的諸多關注。

區別于傳統的磁性剛體機器人，磁性軟體機器人的運動模式豐富，尤其是面對復雜應用環境時，具有高靈活性的磁性軟體機器人優勢顯著。在磁性軟體機器人動力學行為研究方面，目前研究主要集中于通過調節磁性軟體機器人內部磁化特性來實現磁性軟體機器人的多運動模式，但對于外部驅動磁場的設計研究相對較少。事實上，由于磁性軟體機器人的運動模式由其內部的磁化方向分布和其外部的驅動磁場共同來控制，如何針對軟體機器人特定的操控需求來設計外部驅動磁場對于實現磁性軟體機器人的精準和可控運動同樣具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種電磁驅動式磁性軟體機器人的驅動裝置，旨在解決如何針對磁性軟體機器人特定的操控需求來設計外部驅動磁場，以精準控制磁性軟體機器人運動的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種電磁驅動式磁性軟體機器人的驅動裝置，包括：多組電磁驅動線圈，其中，每組電磁驅動線圈包括兩個同軸設置的線圈，兩個同軸設置的線圈中間設有間隔空間；各組電磁驅動線圈包括的兩個線圈均沿所述間隔空間同軸對稱設置；

每組電磁驅動線圈的兩個線圈通入相同大小的電流，在其軸向產生磁場，每組電磁驅動線圈的軸向可任意設置，以在所述間隔空間產生任意方向的合成磁場；

所述磁性軟體機器人被放置在所述間隔空間內，所述磁性軟體機器人包括多條臂，各條臂沿著磁性軟體機器人的中心呈中心對稱且軸對稱分布；所述磁性軟體機器人包括至少一個對稱軸，其內部磁性粒子的磁矩呈中心對稱分布；當所述磁性軟體機器人包括兩條臂時，其對稱軸為磁性軟體機器人兩條臂所在的直線；

通過控制通入每組電磁驅動線圈電流的大小及變化趨勢，使得所述合成磁場在垂直磁性軟體機器人任意對稱軸的平面內磁場方向順時針或者逆時針變化，以驅動所述磁性軟體機器人沿其對稱軸方向爬行運動；所述磁場方向順時針或者逆時針的變化范圍為：從與所述對稱軸一側呈銳角到與所述對稱軸一側呈鈍角的任意角度范圍。

在一個可選的實施例中，當所述磁性軟體機器人包括兩條臂時，所述電磁驅動線圈包括兩組；

其中一組電磁驅動線圈的軸向平行于所述磁性軟體機器人的對稱軸，另一組電磁驅動線圈的軸向垂直于所述磁性軟體機器人所在平面。

在一個可選的實施例中，當所述磁性軟體機器人包括2M條臂時，M大于1；其有N條對稱軸，2≤N≤M；N和M均為整數；

所述電磁驅動線圈包括至少三組，其中一組電磁驅動線圈的軸向垂直于所述磁性軟體機器人所在平面，其他幾組電磁驅動線圈的軸向均與所述磁性軟體機器人所在平面平行，所述其他幾組電磁驅動線圈的合成磁場方向可以沿著磁性軟體機器人的任意對稱軸。