[發明專利]一種磁性微納機器人的獨立磁驅系統

有效

• 申請號: 202210598784.7
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN114952785B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 樊啟高;崔光明;謝林柏;劉躍躍
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B25J7/00
• 分類號: B25J7/00;B25J9/10
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

本申請公開了一種磁性微納機器人的獨立磁驅系統，涉及電磁驅動技術領域，該系統中的微線帶陣列包括按照預定排布結構排布形成陣列的若干條微線帶，電流驅動電路根據微線帶陣列的驅動空間內的待驅動機器人的目標位移、向待驅動機器人對應的局部區域內目標微線帶中輸出目標電流，就能使得待驅動機器人在各根目標微線帶產生的磁驅動力的作用下按照目標位移進行運動；該系統可以實現對多個磁性微納機器人的獨立控制，使得微納機器人集群中不同的磁性微納機器人可以按不同的運動模式來運動，磁驅動控制較為靈活，為微納機器人集群的并行協作提供了思路，尤其適用于高通量執行并行協作任務的場景，如靶向藥物運輸、生物測定、化學分析等。

技術領域

本申請涉及電磁驅動技術領域，尤其是一種磁性微納機器人的獨立磁驅系統。

背景技術

近年來，微納機器人在微操作領域表現出巨大潛力，引起廣泛關注。由于其體積小且不受物理約束，因此被廣泛應用于生物、化學、醫學等各種領域。

驅動技術是微納機器人的研究核心，驅動機制包括光、熱、聲、靜電、生物和電磁方法，其中磁驅技術的應用最為廣泛。目前使用的微納機器人多是由永磁或順磁性材料制成，外部電磁線圈產生的磁場與微納機器人相互作用從而實現驅動。但是常規的這種驅動方法只能驅動微納機器人集群中所有微納機器人都按相同的運動模式來運動，運動模式較為單一，難以滿足復雜場景下的功能需要。

發明內容

本申請人針對上述問題及技術需求，提出了一種磁性微納機器人的獨立磁驅系統，本申請的技術方案如下：

一種磁性微納機器人的獨立磁驅系統，該獨立磁驅系統包括待驅動機器人、微線帶陣列以及電流驅動電路，待驅動機器人為磁性微納機器人，微線帶陣列包括按照預定排布結構排布形成陣列的若干條微線帶，待驅動機器人在微線帶陣列的驅動空間內；

電流驅動電路根據待驅動機器人的目標位移、向待驅動機器人對應的目標微線帶中輸出目標電流，待驅動機器人對應的目標微線帶是微線帶陣列中位于待驅動機器人當前所在位置的預定范圍的局部區域內的微線帶，每根目標微線帶產生的磁驅動力與目標微線帶中通入的目標電流對應，待驅動機器人在各根目標微線帶產生的磁驅動力按照各根目標微線帶之間的預定排布結構合成得到的總驅動力的作用下按照目標位移進行運動。

其進一步的技術方案為，獨立磁驅系統還包括電流采樣電路，電流采樣電路采樣目標微線帶的實時電流反饋給電流驅動電路，電流驅動電路根據每根目標微線帶的實時電流和目標電流對輸出的電流進行閉環控制。

其進一步的技術方案為，電流驅動電路利用PID控制器對輸出的電流進行閉環控制，且PID控制器的PID參數通過神經網絡整定得到。

其進一步的技術方案為，微線帶陣列中包括橫向微線帶和縱向微線帶，橫向微線帶的線長方向沿著x方向，縱向微線帶的線長方向沿著y方向，x方向和y方向在同一個平面上且相互垂直；待驅動機器人沿著z方向磁化且待驅動機器人的N極沿著z方向朝上放置，z方向垂直于x方向和y方向所在平面，x方向、y方向和z方向形成符合右手坐標系的虛擬坐標系；

屬于橫向微線帶的目標微線帶產生的磁驅動力沿著y方向，且磁驅動力在y方向上的朝向與目標電流的電流方向相關，磁驅動力的大小與目標電流的電流大小相關；屬于縱向微線帶的目標微線帶產生的磁驅動力沿著x方向，且磁驅動力在x方向上的朝向與目標電流的電流方向相關，磁驅動力的大小與目標電流的電流大小相關。

其進一步的技術方案為，當屬于橫向微線帶的目標微線帶中通入的目標電流的電流方向沿著x方向的正方向時，目標微線帶產生的磁驅動力沿著y方向的負方向；當屬于橫向微線帶的目標微線帶中通入的目標電流的電流方向沿著x方向的負方向時，目標微線帶產生的磁驅動力沿著y方向的正方向；