基于磁流变液的球形磁控机器人设计及实验

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.200608

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2021, Vol. 49 ›› Issue (2): 151-160.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.200608

所属专题： 2021年流体动力与机电控制工程

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基于磁流变液的球形磁控机器人设计及实验

华德正¹刘新华^1,2†赵欣¹路和¹李增强²刘晓帆³

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

收稿日期:2020-10-09 修回日期:2020-12-25 出版日期:2021-02-25 发布日期:2021-02-01
通信作者: :刘新华 ( 1981-) ，男，博士，教授，博士生导师，主要从事磁流变液微观机理、微型机器人研究。 E-mail:13645213800@126.com
作者简介:华德正 ( 1993-) ，男，博士生，主要从事磁流变液机器人设计和控制策略研究。E-mail: hua_dezheng@cumt.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目 ( 51975568) ; 江苏省自然科学基金资助项目 ( BK20191341) ; 江苏高校优势学科建设工程项目

Design and Experiments of Spherical Magnetic Actuated Ｒobot Based on Magnetorheological Fluid

HUA Dezheng¹ LIU Xinhua^1,2ZHAO Xin¹ LU He¹ LI Zengqiang² LIU Xiaofan³

1． School of Mechatronic Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，Jiangsu，China; 2． Technology and Innovation Ｒesearch Center of Jiang Yan EDZ，Taizhou 225500，Jiangsu，China; 3． China Coal Education Association，Beijing 100713，China

Received:2020-10-09 Revised:2020-12-25 Online:2021-02-25 Published:2021-02-01
Contact: :刘新华 ( 1981-) ，男，博士，教授，博士生导师，主要从事磁流变液微观机理、微型机器人研究。 E-mail:13645213800@126.com
About author:华德正 ( 1993-) ，男，博士生，主要从事磁流变液机器人设计和控制策略研究。E-mail: hua_dezheng@cumt.edu.cn
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China ( 51975568) and the Natural Science Foundation of Jiangsu Province ( BK20191341)

摘要/Abstract

摘要： 针对钕铁硼永磁体在加工制作微型结构时成型困难且易脆的问题，采用磁流变液作为微型磁控机器人的驱动材料，设计一种用于人体胃部靶向送药的球形磁控机器人。根据磁流变液的流变机理，分析磁性颗粒在磁场中的力学关系，建立球形磁控机器人的动力学模型并进行仿真分析。搭建机器人运动图像获取系统，并利用霍夫变换圆检测算法计算该机器人的位移。最后，制作机器人样机并在具有空间磁场的实验平台中进行运动测试。结果表明，基于磁流变液的球形磁控机器人易于控制并且运动稳定、可靠。

关键词: 磁流变液, 球形机器人, 微型机器人, 磁力分析, 图像识别

Abstract: For the problem that NdFeB permanent magnet is brittle and has moulding difficulties in making micro structure，magnetorheological fluid was used as the actuated material for the micro magnetic robot，and a spherical robot for targeted drug delivery in human stomach was designed． According to the rheological principle of magnetorheological fluid，the mechanical relationship of magnetic particles in magnetic field was analyzed，and the dynamic model of spherical robot was established and simulated． The magnetic robot motion image acquisition system was built and robot displacement was calculated with Hough transform circle detection algorithm． Finally，a prototype robot was made and its motion characteristics were tested on an experimental platform with space magnetic field．Ｒesults show that the spherical actuated robot based on magnetorheological fluid is easy to control and its motion is stable and reliable.

Key words: magnetorheological fluid, spherical robot, micro robot, magnetic analysis, image recognition

中图分类号:

TP242

华德正, 刘新华, 赵欣, 等. 基于磁流变液的球形磁控机器人设计及实验[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(2): 151-160.

HUA Dezheng, LIU Xinhua, ZHAO Xin, et al. Design and Experiments of Spherical Magnetic Actuated Ｒobot Based on Magnetorheological Fluid [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2021, 49(2): 151-160.

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基于磁流变液的球形磁控机器人设计及实验

Design and Experiments of Spherical Magnetic Actuated Ｒobot Based on Magnetorheological Fluid

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