氣-液界面磁驅動微機器人系統(tǒng)設計與實驗研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、微米尺寸機器人在微納制造、生命科學實驗、生物醫(yī)療等領域具有巨大應用潛力和前景。在微納制造中，對于微納米尺寸的器件，毛細力相對于自身重力通常占據主導地位，在一定條件下，可以穩(wěn)定漂浮在氣/液界面上。相對于固體表面環(huán)境，氣/液界面具有低阻力特征，為微納器件操作提供了另一種選擇。相應地，探索適于氣/液界面作業(yè)的微米尺寸機器人具有重要意義。
　　本文設計一種氣/液界面磁驅動微機器人系統(tǒng)，建立氣/液界面微機器人的靜力學和動力學模型，進行磁驅動

2、系統(tǒng)結構設計，分析電磁線圈產生的磁場和磁場力，并開展微機器人系統(tǒng)相關運動實驗研究。
　　首先，建立典型微球體和微圓柱體構件在氣/液界面的靜力學模型，計算作用在氣/液界面微構件的作用力。通過對 Young-Laplace方程的求解，分別研究微球體和微圓柱體受力隨浸入液體深度的變化情況，分析接觸角、微構件形狀對作用力的影響。采取表面疏水處理，增大接觸角，進一步增強微機器人承載能力，并進行實驗驗證。最后在微機器人加工方法比較的基礎上，采

3、用激光切割制作微機器人本體。
　　其次，根據氣/液界面磁驅動微機器人的特點，比較不同的磁場產生方式，建立氣/液界面磁驅動微機器人系統(tǒng)的磁場模型，進行磁場力和磁力矩的理論計算及仿真分析。針對磁驅動微機器人系統(tǒng)特點，建立氣/液界面磁驅動微機器人動力學方程，并確定其控制方案。分析線圈參數對磁場和磁場梯度的影響，根據微機器人的運動需求，完成線圈的空間布置，并分析工作區(qū)域內的磁場和磁場梯度。進行實驗分別驗證磁場與電流之間的關系以及不同位置處

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