[发明专利]一种视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁线圈装置技术领域，尤其涉及一种可以产生有规律的电磁场并可进行人为控制视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动控制系统。该驱动系统可以用于驱动磁性材料制作而成的微机器人进行无缆的三维运动，利用视觉反馈的位置信息对微机器人进行闭环控制驱动。

背景技术

微机器人无缆化操作在生物学、医学、微装配、微纳制造等领域有着极广阔的应用前景，一种方法是通过控制外加磁场来控制磁性材料制作而成的微机器人运动，将能量通过磁场的磁力作用转化为微机器人的动能，从而实现微机器人的无缆驱动。利用外磁场对微机器人进行无缆驱动，目前分析实验较多的是一维或二维驱动系统的设计和研究，而实际微机器人潜在的应用场合往往要求微机器人进行三维空间上的无缆驱动。此外绝大多数的微机器人的无缆驱动都是开环控制，微机器人运动的精度不高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动控制系统，包括一对X 轴赫姆霍兹线圈、一对X轴麦克斯韦线圈、一对Y轴赫姆霍兹线圈、一对Y轴麦克斯韦线圈、一对Z轴赫姆霍兹线圈和一对Z轴麦克斯韦线圈，上述每对线圈均平行设置，一对X轴赫姆霍兹线圈位于一对X 轴麦克斯韦线圈内侧，一对Y轴赫姆霍兹线圈位于一对Y轴麦克斯韦线圈内侧，一对Z轴赫姆霍兹线圈位于一对Z轴麦克斯韦线圈内侧，所述一对Y轴赫姆霍兹线圈、一对Y轴麦克斯韦线圈位于一对X轴赫姆霍兹线圈、一对X轴麦克斯韦线圈外侧，一对Z轴赫姆霍兹线圈和一对Z轴麦克斯韦线圈位于一对X轴赫姆霍兹线圈、一对X轴麦克斯韦线圈内侧，三对赫姆霍兹线圈轴向方向两两正交，三对麦克斯韦线圈轴向方向两两正交，六对线圈轴向方向共同指向的中间区域为微机器人驱动的工作空间，还包括两个视频监控装置，两个视频监控装置正交放置，获取微机器人运动的图片传送至上位机，上位机输出控制信号给下位机，下位机作用于电磁线圈电流源产生的电磁场用来闭环控制微机器人的运动。

优选的，对于每一个轴方向上的赫姆霍兹线圈和麦克斯韦线均圈设计在同一个线圈骨架上。

优选的，通过重力补偿控制算法计算出微机器人在三个轴向分量产生的磁力，求出微机器人在工作空间中所需的磁场规律。

优选的，每个轴方向上的赫姆霍兹线圈和麦克斯韦线圈的线圈骨架互不干涉，每个线圈骨架留有槽来缠绕导线，制作线圈。

优选的，六对线圈任意每对线圈可以用一个独立的电流源，也可以用两个独立的电流源来控制通入线圈的电流；对于整个三维电磁驱动装置最少需要六个独立的电流源，最多可用十二个独立的电流源。

优选的，电流源可以采用可编程电流源，通入线圈的电流可以是直流电也可以是交流电。

优选的，当线圈通入直流电时，工作空间产生均匀磁场和均匀梯度的磁场，当线圈通入正余弦电流时可以在工作空间产生旋转磁场。

优选的，通过调整通入各线圈的电流，可以实时控制微机器人在工作空间中不同方向的运动。

优选的，视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动控制系统产生的磁场可以作为微机器人驱动应用外，也可以作为其他领域提供特定磁场的研究。

优选的，通过摄像头获取微机器人的实际位置，期望位置与实际的差作为输入来控制微机器人运动所需的磁力，进而实时调整输入各个线圈的电流，可以实时闭环控制微机器人在工作空间中不同方向的运动。

本发明可以在工作空间沿任一方向产生均匀磁场和均匀梯度磁场；视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动控制系统产生的均匀磁场和均匀梯度磁场的值在一定范围内可控可调；可以对用磁性材料制作而成的微机器人进行三维空间的无缆驱动；利用两个视频监控装置得到微机器人运动的三维位置信息，用来进行闭环控制；三维无缆磁驱动微机器人具有五个自由度的运动；给三维电磁驱动系统中三对赫姆霍兹线圈通入正余弦电流，可以在工作空间中产生旋转磁场，及产生磁场的磁场强度值保持不变，方向做圆周运动。

附图说明

图1为本发明提出的一种视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动控制系统的结构示意图。

图2为本发明提出的一种视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动控制系统流程简化图。

图3为本发明提出的一种视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动系统微机器人重力补偿控制算法示意图。

图4为本发明提出的一种视觉反馈三维电磁微机器人无缆驱动系统微机器人基于视觉反馈控制流程图。