基于磁驱动液面微机器人的微操作方法研究

发布时间：2023-09-28 23:36

　　随着微纳技术的进步,微操作技术得到了快速发展,很多微操作方法被提出,其中包括一些液面上微操作的方法,以磁驱动的液面上微操作方法居多。但目前的方法适用的操作对象多局限于磁性微构件,且控制策略复杂。借鉴液体环境中的微操作方式,使用磁驱动微机器人在液面执行微操作能实现无磁性微构件的操作,且控制策略相对简单,具有巨大的潜在应用价值。本文以磁驱动液面微机器人的静力学分析为基础,建立微机器人在梯度磁场和旋转磁场中的力学模型,分析磁场参数对微机器人运动的影响。以微机器人在液面上的力学模型为基础,分析它与微球的相互作用,提出微机器人操作微球的方法,建立模型分析磁场参数对操作效果的影响。开展相关实验,验证微机器人动力学模型,检验所提出的为操作方法的效果。首先,将微机器人简化为圆形薄片进行分析,基于Young-Laplace方程分析微机器人漂浮时附近液面的变形情况,建立微机器人在液面漂浮的静力学模型。以静力学模型为基础,分别建立梯度磁场和旋转磁场驱动下微机器人在液面的动力学模型。梯度磁场驱动微机器人时,分析磁场梯度对它的运动速度的影响;旋转磁场驱动微机器人时,分析磁场倾斜角对微机器人姿态的影响,并讨论了磁...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 磁驱动泳动微机器人研究现状
        1.2.2 仿生水面机器人研究现状
        1.2.3 液面上操作微构件的方法研究现状
        1.2.4 国内外文献综述的简析
    1.3 课题来源
    1.4 主要研究内容
第2章 液面微机器人在不同磁场下的动力学分析
    2.1 引言
    2.2 液面微机器人结构设计
    2.3 液面微机器人的静力学模型
        2.3.1 微机器人在液面的受力情况
        2.3.2 微机器人附近液面轮廓计算
        2.3.3 不同初始条件下微机器人的受力情况
    2.4 磁场梯度驱动下液面微机器人的动力学模型
    2.5 旋转磁场驱动下液面微机器人的动力学模型
        2.5.1 旋转平面水平的磁场中微机器人动力学模型
        2.5.2 旋转平面倾斜的磁场中微机器人动力学模型
    2.6 本章小结
第3章 基于液面微机器人的微操作方法设计及分析
    3.1 引言
    3.2 液面上漂浮微球的静力学模型
        3.2.1 漂浮微球附近液面曲线轮廓
        3.2.2 漂浮微球受力分析
    3.3 基于微机器人的捕获操作方法设计及分析
        3.3.1 液面微机器人与微球间横向毛细力分析
        3.3.2 微机器人捕获微构件方法设计
    3.4 基于微机器人的液面传输方法分析
        3.4.1 梯度磁场驱动微机器人传输微球的方法
        3.4.2 旋转磁场驱动微机器人传输微球的方法
    3.5 基于微机器人的液面释放操作方法设计
    3.6 本章小结
第4章 液面微机器人运动特性和微操作实验研究
    4.1 引言
    4.2 磁场驱动装置的搭建和仿真
        4.2.1 三维空间中任意方向旋转磁场的产生
        4.2.2 水平面梯度磁场的产生
        4.2.3 旋转磁场和梯度磁场的仿真
        4.2.4 磁场驱动装置的构成
    4.3 液面微机器人形状和实验系统
        4.3.1 液面微机器人的形状与加工
        4.3.2 液面微机器人实验系统
    4.4 液面微机器人运动实验
        4.4.1 梯度磁场驱动下液面微机器人运动实验
        4.4.2 旋转磁场作用下液面微机器人的运动实验
    4.5 基于磁驱动液面微机器人的微操作实验
        4.5.1 液面上锡球捕获操作实验
        4.5.2 液面上锡球传输实验
        4.5.3 液面上锡球释放操作
        4.5.4 液面上组装锡球实验
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢



本文编号：3848840