基于磁流变液的球形磁控机器人设计及实验

华德正 刘新华,† 赵欣 路和 李增强 刘晓帆

(1.中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116；2.姜堰经济开发区科创中心,江苏 泰州 225500；3.中国煤炭教育协会,北京 100713)

随着学科交叉和信息融合，机器人技术不仅广泛应用于制造业、资源勘探、救灾排险、家庭娱乐、军事和航天等领域，在医疗服务方向也取得了较快的发展和显著的成果[1- 3]。近年来，医疗机器人可以辅助医生诊断并开展复杂的手术，具有成功率高、创伤小的优势。然而，人体胃肠道空间狭小且环境复杂，传统医疗机器人的应用受到限制。毫米甚至微米尺度的医疗机器人却可以轻松地在这种空间环境中工作，这将在生物工程和医疗等领域发挥巨大的应用优势[4- 7]。由于这种医疗机器人体型微小，能量的供给成为重要的研究问题[8- 10]。目前，微型机器人的供能分为有缆和无缆两种方式。如果机器人要进入人体器官内作业，有缆供能将会带来极大的不便。因此，无缆供能成为研究的热点。常用的机器人无缆供能方式有静电驱动、电磁驱动、微生物驱动等[11- 14]。其中，外磁场对人体危害较小，且磁控机器人响应迅速，驱动效率高，可以通过改变外界磁场的方向和大小来控制机器人的运动。Bradley J.Nelson及其研究团队多年来一直致力于生物医学领域的磁驱动机器人技术，搭建了基于圆环形电磁线圈的微型机器人驱动系统，能够产生均匀磁场和梯度磁场[15- 18]。通过单独控制线圈上电流的幅值和频率来产生期望的空间磁场，进而完成对钕铁硼材质的微型机器人控制。……