[发明专利]一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置

说明书

本发明提供一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，包括：多组电磁驱动线圈，每组电磁驱动线圈在其轴向产生磁场，每组电磁驱动线圈的轴向可任意设置，以在间隔空间产生任意方向的合成磁场；磁性软体机器人被放置在间隔空间内，磁性软体机器人包括多条臂，各条臂沿着磁性软体机器人的中心对称且轴对称分布；其内部磁性粒子的磁矩呈中心对称分布；控制通入每组电磁驱动线圈电流的变化趋势，使得合成磁场在垂直磁性软体机器人任意对称轴的平面内磁场方向顺时针或逆时针变化，以驱动磁性软体机器人沿其对称轴爬行运动。本发明使软体机器人对称轴两侧具有相反的磁化方向而在相同空间磁场作用下产生非对称的磁转矩响应，从而实现仿生爬行的动作模式。

技术领域

本发明属于磁性软体机器人控制领域，更具体地，涉及一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置。

背景技术

相较于传统的刚体机器人，软体机器人具有无限自由度、强变形能力、高度适应性等优势，在工业柔性抓取、医疗康复、靶向运输等人机交互和非结构化环境的领域有着更为广阔的应用前景。目前已有研究表明，软体机器人的驱动方式主要包括电驱动、光驱动、热驱动、磁驱动等方式，其中由于磁场驱动具有无接触、驱动效率高、响应速度快以及较高的生物安全性等显著优势，得到国内外学者的诸多关注。

区别于传统的磁性刚体机器人，磁性软体机器人的运动模式丰富，尤其是面对复杂应用环境时，具有高灵活性的磁性软体机器人优势显著。在磁性软体机器人动力学行为研究方面，目前研究主要集中于通过调节磁性软体机器人内部磁化特性来实现磁性软体机器人的多运动模式，但对于外部驱动磁场的设计研究相对较少。事实上，由于磁性软体机器人的运动模式由其内部的磁化方向分布和其外部的驱动磁场共同来控制，如何针对软体机器人特定的操控需求来设计外部驱动磁场对于实现磁性软体机器人的精准和可控运动同样具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，旨在解决如何针对磁性软体机器人特定的操控需求来设计外部驱动磁场，以精准控制磁性软体机器人运动的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种电磁驱动式磁性软体机器人的驱动装置，包括：多组电磁驱动线圈，其中，每组电磁驱动线圈包括两个同轴设置的线圈，两个同轴设置的线圈中间设有间隔空间；各组电磁驱动线圈包括的两个线圈均沿所述间隔空间同轴对称设置；

每组电磁驱动线圈的两个线圈通入相同大小的电流，在其轴向产生磁场，每组电磁驱动线圈的轴向可任意设置，以在所述间隔空间产生任意方向的合成磁场；

所述磁性软体机器人被放置在所述间隔空间内，所述磁性软体机器人包括多条臂，各条臂沿着磁性软体机器人的中心呈中心对称且轴对称分布；所述磁性软体机器人包括至少一个对称轴，其内部磁性粒子的磁矩呈中心对称分布；当所述磁性软体机器人包括两条臂时，其对称轴为磁性软体机器人两条臂所在的直线；

通过控制通入每组电磁驱动线圈电流的大小及变化趋势，使得所述合成磁场在垂直磁性软体机器人任意对称轴的平面内磁场方向顺时针或者逆时针变化，以驱动所述磁性软体机器人沿其对称轴方向爬行运动；所述磁场方向顺时针或者逆时针的变化范围为：从与所述对称轴一侧呈锐角到与所述对称轴一侧呈钝角的任意角度范围。

在一个可选的实施例中，当所述磁性软体机器人包括两条臂时，所述电磁驱动线圈包括两组；

其中一组电磁驱动线圈的轴向平行于所述磁性软体机器人的对称轴，另一组电磁驱动线圈的轴向垂直于所述磁性软体机器人所在平面。

在一个可选的实施例中，当所述磁性软体机器人包括2M条臂时，M大于1；其有N条对称轴，2≤N≤M；N和M均为整数；

所述电磁驱动线圈包括至少三组，其中一组电磁驱动线圈的轴向垂直于所述磁性软体机器人所在平面，其他几组电磁驱动线圈的轴向均与所述磁性软体机器人所在平面平行，所述其他几组电磁驱动线圈的合成磁场方向可以沿着磁性软体机器人的任意对称轴。