[发明专利]一种外场驱动的双腿站立行走磁微机器人及其步态控制方法

权利要求书

1.一种外场驱动的双腿站立行走磁微机器人，其特征在于，所述机器人为具有双腿的对称片状结构，特征长度H小于等于1mm，厚度小于等于0.1mm。

2.根据权利要求1所述的一种外场驱动的双腿站立行走磁微机器人，其特征在于，所述机器人具有的双腿结构为，双腿相互平行或呈一定角度，两腿间留有空隙，双腿的底部均呈尖状。

3.根据权利要求2所述的一种外场驱动的双腿站立行走磁微机器人，其特征在于，所述机器人的双腿之间的距离L是特征长度H的0.7～1倍。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种外场驱动的双腿站立行走磁微机器人，其特征在于，所述机器人的材料为掺杂纳米磁性颗粒的聚乙二醇二丙烯酸酯，

机器人通过紫外光光刻一体化制备；

制备微机器人的混合液，将PEGDA和光引发剂混合并加入磁性四氧化三铁纳米粉末，磁粉浓度高于等于30wt％；

紫外光刻过程，将混合液注入透明模具中，模具上覆盖掩膜版，紫外光透过掩膜版照射5到10秒，完成微机器人的固化。

5.根据权利要求4所述的一种外场驱动的双腿站立行走磁微机器人，其特征在于，机器人的磁化轴与其对称轴平行，磁化方向由机器人底端指向头部。

6.权利要求1、2、3、4或5所述的双腿站立行走磁微机器人的步态控制方法，其特征在于，利用磁场驱动装置产生三维摆动磁场，驱动微机器人在固体表面站立行走；

所述磁场驱动装置由三组正交放置的亥姆霍兹线圈对及其驱动单元组成，Z线圈轴线交竖直，X、Y线圈轴线水平，三组线圈轴线交于一点，微机器人工作空间在磁场驱动装置中心区域。

7.根据权利要求6所述的双腿站立行走磁微机器人的步态控制方法，其特征在于，Z线圈施加竖直方向的恒定磁场，使微机器人以两腿支撑站立起来；

同时X和Y线圈产生摆动磁场，微机器人在磁力矩的作用下前后摆动，其两腿交替作为支撑而接触底面，另一腿则随机器人摆动离开底面并向前跨步，不断重复，类似人一般逐步向前行走。

8.根据权利要求7所述的双腿站立行走磁微机器人的步态控制方法，其特征在于，微机器人在液体环境中行走，其所在的底面为液体中的固体表面，该面水平或有一定倾斜。

9.根据权利要求8所述的双腿站立行走磁微机器人的步态控制方法，其特征在于，利用水平磁场摆动的方向，改变微机器人行走的方向；利用水平磁场的摆动幅度和频率，改变微机器人行走的速度。

10.根据权利要求9所述的双腿站立行走磁微机器人的步态控制方法，其特征在于，驱动微机器人的摆动磁场由水平方向的摆动磁场和竖直方向的恒定磁场合成，其参数主要包括磁场强度B、摆动频率f、摆动幅度δ、方向角α、仰角θ；摆动幅度δ是磁场水平分量的摆动幅度角，方向角α是水平摆动磁场对称轴与设定的正方向的夹角，仰角θ是磁场与水平面的夹角；则X、Y、Z三个线圈各自产生的磁场随时间t变化的数学表达分别为

B_Z＝k·Bsinθ

式中i、j、k分别是三线圈轴线方向的单位向量，n为自然数；在磁力矩作用下，微机器人的磁化方向与磁场趋于平行，机器人前进方向与水平摆动磁场的对称轴重合，步行方向可以通过磁场方向角α控制，机器人的步行速率可表达为：

式中c_v是不大于1的无量纲常数，表示机器人腿部在固体表面滑动对速度的影响，L是机器人两腿间距离，步幅角β表示机器人每走一步其腿部摆动的角度；步幅角不超过磁场摆动幅度的2倍，并且随摆动幅度增加而增大，机器人的速度可通过磁场摆动的频率f和幅度δ控制。