面向磁性微机器人的三维磁场驱动系统的研究

发布时间：2024-02-21 07:49

　　微机器人作为机器人学科的一个重要分支,克服了尺寸的限制,可以在狭小环境中进行特殊操作,这使其在众多领域中得到了广泛的关注。在微机器人的众多驱动方式中,外磁场驱动在驱动效率、磁性材料的获取、生物兼容性、医疗安全等方面具有独特优势,目前在国内外被广泛研究。磁场驱动方式也由最初的匀强磁场、梯度磁场发展到平面磁场、三维磁场;从最初的单自由度控制到多自由度控制;从最初的螺线管磁场发展到以永磁铁、电磁铁以及机械臂协同工作的外磁场驱动方式。然而,随着被控制的场景越趋复杂,传统磁场驱动方式也暴露出众多问题。例如:磁感应强度和磁场梯度不满足要求;磁控区域内的均匀度不够好;虽然可以实现多自由度控制,但是磁场的可操作空间比较狭小等等。本课题针对磁感应强度和磁场梯度不足,磁场控制区域的均匀度不高等问题开展研究。为建立新型的磁场控制策略,深入研究了磁场中磁介质的磁力与磁矩,建立了外部驱动电流与磁介质的磁力与磁矩的关系。并以螺线管磁场出发,提出了以螺线管为基础搭建磁场控制系统的计算方法,并且利用MATLAB软件仿真得到了八极螺线管磁场驱动矩阵。为了提高磁场强度和梯度,采用螺线管加铁芯的方式来汇聚磁感线。利用COM...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1三维亥姆霍兹线圈和麦克斯韦线圈组合磁控系统[34]

上可分为两种，一种是利用永磁铁生成磁场，通过控制永磁铁的空间位置来控制磁场；一种是利用电磁铁产生磁场，依靠电流线圈来产生磁感线，通过线圈内电流变化或者电磁铁的空间位置改变来控制磁常1.3.1电磁铁系统的研究现状亥姆霍兹线圈[27-30]和麦克斯韦线圈[31,32]是最常用于产生匀....

图1-2Jang教授团队的磁控系统

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-System）[41]，如图1-2b)所示，最大磁感应强度200mT，最大磁感应强度的梯度为0.8T/m，该系统可以对脑部，腿足，肺部，心脏，胃等器官进行手术。CMNS系统最大的特点是将电磁铁中的铁芯相互连接以减小漏磁现象从而达到增强磁场的效果....

图1-4MiniMag磁控系统

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-a)OctoMag系统[44]，b)OctoMag实验[43]2013年，Schuerle等人在OctoMag系统的基础上开发了MiniMag系统[47,48]。如图1-4a)所示，MiniMag主要依靠八个电磁铁产生磁场；如图1-4b)所示，....

图1-5六极磁场控制系统

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-a)OctoMag系统[44]，b)OctoMag实验[43]2013年，Schuerle等人在OctoMag系统的基础上开发了MiniMag系统[47,48]。如图1-4a)所示，MiniMag主要依靠八个电磁铁产生磁场；如图1-4b)所示，....

本文编号：3905221