[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

说明书

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，涉及微机器人及其控制领域。本发明是为了解决现有微机器人在固体表面运动形式单一、驱动方式复杂的问题。本发明所述的微机器人，是具有双腿的片状结构。微机器人的步态控制方法，利用三对正交的亥姆霍兹线圈产生震荡磁场，驱动微机器人在固体表面站立行走。线圈在竖直方向产生恒定磁场使微机器人站立，水平方向上的摆动磁场驱动微机器人行走。通过调整水平磁场的摆动方向，可以改变微机器人的行走方向，通过改变磁场的摆动幅值和频率，可以改变微机器人的行进速度。本发明适用于医疗、微操作等领域。

技术领域

本发明涉及双腿站立行走磁微机器人及其步态控制方法，属于微机器人及其控制领域。

背景技术

随着微纳米技术的发展，以及人们在微纳制造、靶向医疗、精密科学实验等方面需求的增加，微机器人近年来得到广泛关注和快速发展。面向体内医疗、化学分析等领域的需求，液体内游动微机器人的研究已开展很多，不同尺寸、结构的游动微机器人被提出，基于它们的驱动方式和控制策略得以广泛研究，相关应用也得到进一步的拓展。然而在狭小空间内，游动微机器人很容易接触或碰撞固体表面，极大降低其运动效率。相比游动微机器人，贴近固体表面运动的微机器人具有更高的运动效率，目前此类机器人也有很多，多以翻滚或粘-滑的方式运动，阻力较大，而且运动方式单一，不够灵活。

文献号为CN107179780A的现有技术，提供了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，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。该发明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；可以对微机器人进行三维空间的无缆驱动。但现有技术对双腿站立行走磁微机器人如何进行步态控制，没有给出说明。

发明内容

本发明是为了解决现有固体表面运动的微机器人运动形式单一、驱动方式复杂、移动效率不高的问题，提供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。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

技术方案一：一种外场驱动的双腿站立行走磁微机器人，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。

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。

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。

进一步地，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。

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。

技术方案二：上述双腿站立行走磁微机器人的步态控制方法，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。