一、微机器人关键技术及应用（论文文献综述）
赵正青[1]（2021）在《基于梯度增强的微机器人操作电磁驱动系统研究》文中研究指明目前,微纳技术发展迅速,使得微机器人已经广泛应用于血栓疏通、靶向药物输送、近距离放射治疗和热疗等医学生物领域,体现出革命性的应用前景。此外,磁场驱动技术具有无损伤、兼容性强以及无线调控等特性,广泛应用于微机器人的驱动控制中,所以开展复杂环境中磁场驱动技术的研究具有重要意义。而现有的磁场驱动系统存在磁场梯度小、工作空间小等缺点,同时在复杂环境中微机器人动/静态障碍物避障的一系列难题亟待解决。为了解决好以上难题,本文开发了一套梯度增强的微机器人操作电磁驱动系统,并提出微机器人在复杂环境中对动/静态障碍物的自动避障策略。主要创新工作如下:（1）针对现有磁场驱动系统在复杂环境中磁场梯度小、工作空间小等问题,建立梯度增强的微机器人磁场驱动模型。首先建立铁芯末端模型并设计末端形状,利用有限元法优化铁芯线圈参数以达到磁感应强度、磁场梯度、磁场均匀性和工作空间等系统指标要求。然后分析梯度磁场驱动原理并构建铁芯线圈梯度增强磁场模型。接着对微机器人进行设计并对微机器人进行动力学建模。最后对梯度增强的微机器人磁场驱动系统磁场分析和热场分析分别验证梯度增强的磁场驱动系统在磁感应强度和磁场梯度方面的提升效果以及驱动优化的有效性。（2）建立梯度增强的微机器人磁场驱动系统,开展微机器人磁场驱动闭环控制系统实验。首先对梯度增强的微机器人磁场驱动系统实验平台进行设计,设置实验环境。然后通过微机器人沿正方形和Z形路径跟随闭环控制实验验证了磁场驱动系统能够在不同环境下对微机器人进行位置闭环控制。最后通过不同粘度的硅油环境下微机器人沿不同路径跟随实验验证了磁驱系统中的最快速度与线圈电流的线性关系。（3）提出微机器人在复杂环境中对动/静态障碍物的自动避障策略,开展微机器人对动/静态障碍物自动避障的仿真和实验。首先对传统RRT算法和传统人工势场算法（APF）算法进行改进,提出改进RRT和APF算法的融合避障算法。然后分别对改进RRT算法和改进APF算法进行仿真分析,验证了改进RRT算法在安全性和路径的提升以及改进APF算法在局部最优解问题的有效性。最后对实验环境设置并对模拟血管边缘进行匹配,通过对微机器人在复杂环境中不同运动方式的动/静态障碍物自动避障实验验证微机器人在复杂环境中对动/静态障碍物有效避障。
郭小沛[2]（2021）在《基于蝗虫视觉神经的微型机器人避障方法研究》文中指出微型机器人是近年来研究的热点,在群体机器人,环境勘探,搜寻搜救等领域应用广泛。避障是微型机器人自治控制的重要能力,目前的避障主要依赖红外线,超声波和雷达,然而这些系统对于环境条件要求苛刻,所以极大地限制了微型机器人的自主性能。针对上述局限性,本文将视觉传感器应用于微型移动机器人以提升避障自主性。另外,视觉传感器软硬件结构复杂,耗费的经济成本和时间成本高,而微型机器人结构简单、计算资源有限,为了解决这一矛盾,借鉴蝗虫视觉神经的生理学研究成果,构造复杂环境下的避障神经网络,以此为导向实现微型机器人复杂环境下的避障感知。本文的主要工作有:（1）针对CDNN（Collision Detection Neural Network）网络对背景杂波抗干扰能力差的问题,基于碰撞检测神经网络的结构特性,借助HSV彩色分割方法,构建由彩色图像输入的径向运动模式识别神经网络模型CDNN-SV（Collision Detection Neural Network with Saturation and Value）,并提出相应的神经网络算法。理论分析表明,该算法的计算复杂度由输入视频图像的分辨率决定;基于不同视觉刺激下的数值实验结果显示,该神经网络不仅能揭示径向敏感神经元的特定视觉感知特性,而且能有效预警复杂环境下的碰撞。（2）针对微机器人资源受限以及自主性不强的问题,采用由整体到细节的思路对微型自主轮式机器人的仿生视觉系统进行软硬件设计,充分考虑算法复杂度以及机器人自身资源的压力,均衡二者最大化机器人的自主性能。结果表明,相较于已有的视觉微机器人,本文微机器人仅采用一个MCU（Microcontroller Unit）进行视觉模块和运动模块控制,耗费更少的能源及成本。（3）针对微型机器人现实环境下的避障问题,设计实物实验,搭建运行平台,借助现有设备对神经网络响应以及机器人避障轨迹进行分析,并重复10组对照实验统计避障成功率。实验结果表明,仿生视觉方法不仅能最大化微型机器人的资源利用率,而且能有效提升微型机器人避障的实时性与自主性。
辛晨[3]（2021）在《飞秒激光制备磁驱微机器人及其生物医疗应用研究》文中认为自然界中众多微生物介于纳米与微米尺度之间,为了适应不断变化的生活环境,它们各自进化出独特的运动方式。受微生物运动行为的启发,科研人员对人造微纳机器人产生了浓厚的兴趣并开展了大量的相关研究工作。相比于传统的机器人,微纳机器人展现出体积小、质量轻等优势,有望成为新一代应用于靶向给药、无创手术、细胞移植等生命健康领域的技术工具。飞秒激光双光子聚合是一种可实现任意真三维微结构加工的技术,可以突破光学衍射极限得到亚微米的加工分辨率,因此非常适用于制备形貌可控的微纳机器人。然而,传统的飞秒激光直写技术采用逐一扫描的方式打印微结构,因此带来了加工效率低、无法大批量加工等问题。此外,受限于目前的材料,微纳机器人仍没有丰富可调的形状切换性能以满足更加复杂的应用需求。本论文基于空间光调制技术,提出了调制涡旋光束高效加工微纳机器人的方法,利用无线磁场实现了其精确的运动控制。此外,基于合成的刺激响应变形材料,本文实现了微机器人可逆形状切换,最终将其应用于细胞运输、靶向药物治疗等生物医疗领域,具体内容如下:1.介绍了相位型空间光调制器的工作原理,阐述了涡旋光束的全息相位产生的方法,模拟仿真了其在空间中的传播特性与高数值孔径下的聚焦特性。此外,阐明了磁力矩与梯度力的磁场驱动原理,计算仿真了电磁线圈产生的磁场强度分布,并搭建了适用于磁矩驱动的三维亥姆霍兹线圈驱动系统。2.利用调制的涡旋光束扫描加工出磁驱空心微螺旋机器人,大大提高了加工效率。开发出非对称的锥管微螺旋机器人,展现出更快的泳动速度。得益于空心内腔与功能化表面,利用锥管微螺旋机器人同时实现了纳米粒子与微米神经干细胞的装载、运输与释放。3.配制出pH刺激响应变形的新型光聚合材料,基于非对称的扫描点间距设计,实现了可编程各向异性变形微机器人的制备。在动态磁场的操控下,磁驱微螃蟹通过爪部变形实现了微粒的复合操作。此外,得益于生理环境下形状地可控切换,磁驱微鱼通过嘴部变形完成了药物包封与可控释放,最终在复杂人造网络中实现了局部Hela细胞的精准治疗。4.优化了涡旋光束加工系统,在0.1s内,单次曝光刺激响应水凝胶实现了响应变形锥管机器人的快速制备。利用该锥管机器人实现了微球透镜成像的动态切换。此外,利用磁场引导锥管机器人完成了微粒的主动装载、运输与释放等一系列操作。最终,通过自身的环境适应性变形,锥管微机器人完成了在狭窄网络空间的穿越。基于大批量的锥管机器人,提出了群体协同运动的应用前景。
安苗[4]（2021）在《基于螺旋藻的微纳机器人设计、制备与初步应用探索》文中研究说明微纳机器人领域是一个新兴领域,因为其在微观尺度上可以操控,被定位以及实现功能化引起了科研工作者极大的兴趣。尤其是近几年越来越多的微纳机器人被用在生物医学领域,开阔了该领域研究的新方向。目前研发新型的微纳米机器人和探索微纳机器人的制备保存条件和相关运动都是研究重点。有研究表明微螺旋结构被认为是低雷诺数环境中理想的模型,在高粘度的情况下运动速度最快。而螺旋藻（Spirulina）作为藻类生物中完美螺旋形状的代表,尤其是其中含有的各种营养物质可以在抗炎、抗癌、治疗糖尿病、血管生成等方面充分发挥作用。基此本论文采用螺旋藻作为基体,探究设计、制备不同方式的螺旋微纳机器人并对其初步应用进行探索。研究内容及主要结论概述如下:（1）基于光驱动原理设计了新型的光驱动螺旋微纳机器人:PB@Spirulina。使用临床上的解毒剂普鲁士蓝（PB）光热转换性能好,生物安全性高,在重大疾病治疗方面有很大的应用价值。创新性结合PB与Spirulina的优势制备光驱动微纳机器人,以治疗肿瘤和炎症等目前无法治愈的疾病。通过其性质表征和测试,表明其具有完美的螺旋结构,表面普鲁士蓝分布均匀,稳定性能好说明成功制备微纳机器人。光源刺激可驱动该机器人能朝向光源方向定向运动,为后续光驱动微纳机器人在抗氧化等疾病治疗提供重要的可行性基础。（2）光驱动穿透深度还比较有限,在此基础上选择穿透深度好的磁场驱动。故此探究基于外场磁驱动的螺旋微纳机器人:Fe3O4@Spirulina。利用Spirulina的螺旋运动和Fe3O4的磁性能及在生物医疗领域的广泛应用,探究螺旋微机器人的制备。从表观形貌、成分组成、热性能和磁性能分析等方面证明Fe3O4@Spirulina的成功合成,并初步探索在磁场运动运动性能佳。为扩大微纳机器人的应用范围,研发了简易的可批量生产的新装置,设计了实验室小量保存的替代装置和改进了保存大量的最佳方案,为实验室小量储存和工业化生产提供了新方法。（3）进一步研究磁驱动微纳机器人的载药释药性能,在热性能基础上依据生物模板法设计了空心螺旋状的微纳机器人:Spiral Fe3O4 microbots。微观形貌和成分结构分析表明Hollow Spiral Fe3O4 microbots的成功制备。由孔径分析和磁性能及相关对比发现中空的螺旋结构载药能力好,饱和磁化强度高,更易于磁调控。磁调控单个microbot的运动轨迹为群体调控提供思路,调控microbots群体分散聚集与旋转运动为药物释放提供方案。此外创新性的设计了载药方案,探究微纳机器人在磁调控下的药物释放情况。结果表明磁调控可以明显增加微纳机器人的药物释放性能,为后续载药微纳机器人在动物体内进行疾病治疗提供重要依据。
李芳霞[5]（2020）在《面向靶向递送的电磁双驱液态金属微机器人研究》文中研究表明心脑血管疾病及恶性肿瘤是患者致死的首要病症,一直是医工学界努力解决的难题。微纳米机器人可穿越血管或生物组织,将药物靶向至病灶实现精准治疗,是当前研究的热点。鉴于现有主动靶向给药微机器人机动及负载能力有限、位姿精度调控困难等挑战,本课题设计一种具有高机动表现、大负载能力、高适应性以及低生物毒性的柔性液态金属微机器人,其可由外部能量场驱动实现三维狭小空间的精确导航、定位、姿态调整以及载药释放,有巨大的临床价值。首先,提出一种新型镓基液态金属磁改性方法,为面向主动靶向给药的液态金属微机器人制备奠定基础。基于铜-镓润湿机理,成功将铜铁合金纳米颗粒（Cu-Fe NPs）混入液态金属制备低粘度的磁性磁性液态金属,在保证液态金属原有的固有性质不变的情况下,还具有磁性,实现外部电/磁场对液态金属精确控制能力。并测试不同Cu-Fe NPs参数对磁性液态金属的电驱动性能、磁驱动性能以及流动性的影响。此外,设计实验验证磁性液态金属电磁耦合驱动性能,实现液态金属在电磁耦合作用下的逆重力攀爬。其次,提出一种新的面向主动靶向给药的精确可控液态金属液滴微机器人（LMDR）制备方法,为实施离体/活体靶向给药奠定了基础。基于铜-镓润湿机理,成功将将载物框架植入液态金属液滴内部,制备液态金属液滴微机器人。所制备的液态金属液滴微机器人,外观接近一滴液态金属液滴,但其在外部能量场（电/磁）控制下,可以实现自变形过狭缝、3D跳跃、姿态调整、自组装/自解体等多样3D机动以及可控载药释放。进一步,本文从理论和实验两方面分析液态金属液滴微机器人在外部场作用下的运动机理,从载物框架与液态金属的密度比、负载质量、液态金属体积以及外加驱动场强度等多个维度做实验验证,最终给出液态金属液滴微机器人制备的优化条件,即包含60mg负载和100μL磁性液态金属。最后,构建实验平台,研究液态金属液滴微机器人的四种复杂运动控制并分析其动力学模型。在此基础上,成功进行液态金属液滴微机器人靶向运输并释放化学指示剂的概念性验证实验。进一步,基于微流控芯片构建小鼠乳腺癌体外模拟环境,在液态金属液滴微机器人中装在广谱抗癌药物阿霉素,成功实施对小鼠乳腺癌体外模拟环境中4T1癌细胞的靶向给药实验,成功杀死体外微流控模拟肿瘤环境中几乎100%细胞,并通过对照实验,证实液态金属液滴微机器人的低生物毒性,展示液态金属液滴微机器人在癌症主动靶向治疗上的巨大应用潜力。
陈张[6]（2019）在《基于矩形电磁线圈的微机器人磁驱动系统设计》文中指出微机器人系统研究一直以来是生物医疗领域的前沿研究方向。微机器人得益于自身微小的尺寸,在人体微创诊疗手术中能够在十分有限的组织空间中完成靶向给药,定点消除血栓等精细操作,不但减轻了患者创伤,缩短了术后的恢复期,而且对于传统手术无法到达的病变点能够轻易无伤害的进行治疗。为了实现微机器人在微小尺度下仍能自由地运动控制,相对于一般的外场驱动源,磁场作为一种安全高效的驱动源具有明显的优势,其无缆式的驱动连接在微小尺度空间方便了微机器人的操作。目前,国内外研究人员正积极开展基于磁场驱动的微机器人系统相关研究,在可预见的未来,磁驱动微机器人系统研究必定促进医疗技术的发展,造福全人类。针对医疗手术中微机器人在人体组织液内的驱动控制问题,本课题设计了一种基于矩形电磁线圈的微机器人磁驱动系统,目的是为了控制微机器人在三维空间中5自由度运动。该系统的设计核心由矩形线圈组驱动平台设计、磁驱动算法设计以及视觉反馈系统设计构成,其中矩形线圈组驱动平台作为磁场发生装置,本文构建了其空间磁场的数学模型,以产生可控磁场用来驱动磁性微机器人;磁驱动算法设计是基于空间磁场模型建立磁场转矩和磁力同矩形线圈组驱动电流之间的映射关系,并采用线性规划算法求解问题;而视觉反馈系统是通过识别工作空间中微机器人的三维坐标,将其作为反馈信息来实时准确地驱动微机器人。在磁驱动系统控制作用下,微机器人在三维工作空间中分别实现了定点旋转和直线运动,证明了该磁驱动系统能够驱动微机器人在工作空间中转向任意方向并直线运动到目的点,满足了系统的驱动设计要求。
张磊磊[7]（2018）在《基于Terfenol-D的双向型纤毛磁驱微机器人研究》文中研究表明微型机器人凭借其结构尺寸微小、器件精密、可进行细微操作、无约束和可控等特点,能够在医学和生物等领域中进行各种作业,例如人体血管内靶向送药、微创手术、细胞及生物大分子等采集、运输、分离和检测。而对于微型机器人的驱动与控制方法也是目前的一大难题,为此,许多不同的运动方式也被提出,其中基于磁场控制的驱动与控制方式具有可控性好、易实现和低损伤的优点正吸引越来越多的研究目光。超磁致伸缩材料中最典型为Terfenol-D（铽镝铁）合金材料,它拥有着巨大磁伸缩系数、高机电耦合系数、响应速度快及良好的结构性能等特点,可作磁驱微机器人的驱动模块材料而备受关注。本课题旨在研制一种基于高效磁驱材料Terfenol-D利用双向纤毛谐振特性实现运动的微型机器人。本文主要研究的是基于Terfenol-D的磁驱微机器人设计以及系统搭建,可以分为以下五个部分:首先,对近几年来磁驱微机器人的研究现状进行简单阐述与分析,确定本课题的研究目的、研究内容以及研究重点;其次,对磁驱微机器人系统进行建模与机理研究,包括微观下尺度效应、微机器人驱动方式以及超磁致伸缩材料的性能特点;然后,对微机器人的结构进行设计与振动机理进行分析,通过磁场下的仿真证明驱动模块Terfenol-D的可行性,后利用3D打印技术制造出柔软弹性的微机器人基体,整个微机器人长度在15mm左右;接着,对磁驱微机器人的线圈系统平台进行了相应的设计、仿真和搭建工作,最终确定为60 × 60mm的磁场控制平台,并对其进行测量标定,同时也对控制系统的软硬件进行了选型;最后,对本课题搭建的磁控系统进行实验验证。通过实验研究以及数据结果分析,得出本文提出的磁驱微机器人振动驱动的可行性,并且可以采用更改驱动信号的频率方式来更改微机器人的运动方向。同时实验中可以适当提高驱动信号的强度即增大磁场强度来增快微机器人的运动速度,在磁场强度8.9mT驱动频率60Hz附近时微机器人最大速度能够达到2.9mm/s。本课题提出的微机器人能实现双向运动,且相比于磁力与磁力矩驱动的微机器人易于实现与控制,有望在生物医学领域能够被广泛应用。
何元哲[8]（2018）在《基于磁驱动液面微机器人的微操作方法研究》文中进行了进一步梳理随着微纳技术的进步,微操作技术得到了快速发展,很多微操作方法被提出,其中包括一些液面上微操作的方法,以磁驱动的液面上微操作方法居多。但目前的方法适用的操作对象多局限于磁性微构件,且控制策略复杂。借鉴液体环境中的微操作方式,使用磁驱动微机器人在液面执行微操作能实现无磁性微构件的操作,且控制策略相对简单,具有巨大的潜在应用价值。本文以磁驱动液面微机器人的静力学分析为基础,建立微机器人在梯度磁场和旋转磁场中的力学模型,分析磁场参数对微机器人运动的影响。以微机器人在液面上的力学模型为基础,分析它与微球的相互作用,提出微机器人操作微球的方法,建立模型分析磁场参数对操作效果的影响。开展相关实验,验证微机器人动力学模型,检验所提出的为操作方法的效果。首先,将微机器人简化为圆形薄片进行分析,基于Young-Laplace方程分析微机器人漂浮时附近液面的变形情况,建立微机器人在液面漂浮的静力学模型。以静力学模型为基础,分别建立梯度磁场和旋转磁场驱动下微机器人在液面的动力学模型。梯度磁场驱动微机器人时,分析磁场梯度对它的运动速度的影响;旋转磁场驱动微机器人时,分析磁场倾斜角对微机器人姿态的影响,并讨论了磁场旋转频率和倾斜程度对微机器人运动速度的影响。其次,分析液面上漂浮微球的受力情况,结合液面微机器人静力学模型计算微机器人与微球的横向毛细力,分析微机器人姿态及其与微球间的中心距对毛细力的影响。提出基于液面微机器人的微操作方法,设计捕获、传输和释放三个基本操作的过程。建立梯度磁场和倾斜旋转磁场中微机器人传输微球的模型,分别分析磁场梯度、磁场旋转频率对传输速度的影响,并比较两种传输方法的优势。计算释放过程中微球的移动距离,在理论上对释放效果进行评估。最后,开展相关实验验证理论模型和操作方法的有效性。确定不同类型磁场的产生方法,并使用COMSOL软件对磁场仿真验证,建立磁驱动液面微机器人实验系统。开展梯度磁场和倾斜旋转磁场中微机器人运动特性实验,测量微机器人的速度并分析磁场参数的影响,将实验结果与理论计算结果比较以验证理论模型。开展微机器人在液面操作锡球实验,检验所提出的方法的可行性,比较分析梯度磁场和旋转磁场驱动的传输操作的各自优势。使用所提出的操作方法开展液面锡球组装实验,展示微操作方法的良好效果。
宋时间[9]（2018）在《基于三维可变磁场微机器人磁驱动控制技术的研究》文中研究指明微机器人在生物学、医学、微装配、微纳制造等领域有着极广阔的应用前景,国内外科学家都在积极展开一系列微机器人无缆操作的研究,许多科学家都将目光瞄向磁控微机器人驱动的研究,通过控制外加磁场来控制磁性材料制作而成微机器人运动。目前的研究成果来看,已有的电磁驱动系统和微机器人驱动方法在固、液实验环境中显示了良好的可行性,但离实际应用还有差距。电磁驱动系统正从一维二维驱动研究向三维电磁驱动发展,电磁驱动系统不仅需要提供足够强度的磁场,也要求微机器人有效的驱动空间更大,在同一个电磁驱动系统下,微机器人从单一磁驱动方式转向可以兼容多种磁驱动方式,微机器人可以进行更多自由度位姿的驱动都是目前研究的热点。为了实现微机器人多自由度主动驱动,并兼容多种磁驱动方式,同时拥有相对较大运动空间,本课题设计可以兼容多种磁驱动方式的三维电磁驱动系统,并提出基于三维可变磁场磁驱动微机器人5个自由度驱动控制方法。所提出的三维电磁驱动系统由六对固定的线圈组成,包含三对正交的赫姆霍兹线圈和三对正交的麦克斯韦线圈。亥姆霍兹线圈产生的均匀磁场和麦克斯韦线圈产生的均匀梯度磁场。利用多物理场COMSOL有限元仿真软件对驱动线圈进行电磁场分析并进行相关数学模型的验证,完成三维电磁驱动线圈实物的设计与制作。所设计的三轴正交赫姆霍兹和麦克斯韦组合线圈,通过独立控制每个线圈中的电流,电磁驱动系统在三维空间中产生可控均匀梯度磁场、旋转磁场和震荡磁场等不同特性的磁场,利用不同特性的磁场可以实现微机器人的多种驱动方式。本文建立了微机器人3D运动的动力学模型,提出一种微机器人磁驱动重力补偿算法,建立了微机器人所受磁场力、磁力矩和输入各个线圈电流映射关系。通过独立控制输入各个线圈电流,控制三维可变磁场,微机器人受到磁力和磁力矩主动力,并克服重力和液体阻力,在三维工作空间中实现稳定的运动。通过微机器人在2D和3D液体环境中无缆磁驱动实验验证了三维电磁驱动系统的性能和控制方法。
徐慧超[10]（2016）在《螺旋推进泳动磁微机器人系统设计与实验研究》文中研究指明随着微纳米技术的进步和人们对微创医疗、微制造系统等方面日益增长的需求,微机器人技术得到了快速发展。螺旋结构磁微机器人在微尺度范围内相对于梯度场驱动磁微机器人和摆动前进磁微机器人具有驱动力大和易于控制的特点,是微尺度机器人的一种重要结构形式。当前国内外研究者对于螺旋磁微机器人的研究主要集中在毫米甚至厘米尺度中,而对于亚毫米尺寸范围内的螺旋磁微机器人的研究较少。不同的尺度范围内,各参数变化对其运动性能的影响规律存在差异,因此在亚毫米尺度下对微机器人的研究具有重要研究意义。本文以螺旋推进泳动磁微机器人为研究对象,建立微机器人在液体中泳动的动力学模型,设计亥姆霍兹线圈驱动微机器人运动,并在此基础上提出运动控制策略。构建螺旋推进泳动磁微机器人系统,进行实验分析和验证。首先,建立螺旋推进泳动磁微机器人的动力学模型。在低雷诺数环境的前提下,基于阻力理论得出了螺旋磁微机器人泳动的动力学模型。在该模型的基础上研究螺旋半径、长度、螺距等参数对机器人运动速度和效率的影响规律,得出微机器人性能最佳时的参数取值。分析磁场能够产生的最大力矩,引入失步频率,得到螺旋磁微机器人所能达到的最大速度与结构参数之间的关系曲线。进一步提出两端分布的双螺旋磁微机器人结构,并对其进行分析。其次,设计螺旋推进泳动磁微机器人磁驱动模块。分析亥姆霍兹线圈的工作原理,并利用COMSOL软件进行仿真,得出线圈的磁场分布特性。基于仿真结果,设计满足实验要求的三对亥姆霍兹线圈。利用线圈磁场在空间中的旋转控制微机器人沿任意方向运动。对设计的亥姆霍兹线圈所产生的磁场进行实验检测。最后,进行螺旋推进泳动磁微机器人的实验研究。在磁驱动模块的基础上构建螺旋磁微机器人实验系统,并加工制作多种尺寸的单螺旋磁微机器人。在不同外界环境和不同微机器人几何参数条件下进行机器人运动性能实验。利用实验得到各参数对运动性能的影响规律,并对理论分析结果进行验证。通过实验比较双螺旋和单螺旋磁微机器人的运动性能,并验证双螺旋磁微机器人的螺旋可叠加性。进行螺旋磁微机器人运动控制实验,验证微机器人运动的可重复性。
二、微机器人关键技术及应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、微机器人关键技术及应用（论文提纲范文）
（1）基于梯度增强的微机器人操作电磁驱动系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 概述 |
| 1.2 课题背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 微机器人磁场驱动系统研究现状 |
| 1.3.2 微机器人避障策略研究现状 |
| 1.3.3 国内外文献综述的简析 |
| 1.4 论文的主要内容和安排 |
| 1.4.1 本文主要研究内容 |
| 1.4.2 本文的创新点 |
| 第二章 梯度增强的微机器人磁场驱动建模研究 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 铁芯线圈结构参数设计优化 |
| 2.2.1 铁芯线圈结构设计 |
| 2.2.2 铁芯线圈参数优化 |
| 2.3 铁芯线圈梯度增强磁场建模 |
| 2.4 微机器人动力学建模及控制方案 |
| 2.4.1 微机器人设计 |
| 2.4.2 动力学建模 |
| 2.4.3 微机器人控制方案 |
| 2.5 梯度增强的微机器人磁场驱动系统磁场分析 |
| 2.6 梯度增强的微机器人磁场驱动系统热场分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 梯度增强的微机器人磁场驱动闭环控制系统实验研究 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 梯度增强的微机器人磁场驱动闭环系统实验平台设计 |
| 3.2.1 实验平台硬件设计 |
| 3.2.2 实验平台软件设计 |
| 3.2.3 实验环境设置 |
| 3.3 微机器人路径跟随闭环控制实验 |
| 3.3.1 微机器人沿正方形路径跟随闭环控制实验 |
| 3.3.2 微机器人沿Z形路径跟随闭环控制实验 |
| 3.3.3 微机器人沿不同路径验证最快速度与线圈电流关系实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 微机器人避障策略研究 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 微机器人自动避障算法 |
| 4.2.1 基于改进RRT的全局规划算法 |
| 4.2.2 基于改进APF的局部规划算法 |
| 4.2.3 基于改进RRT和 APF的融合算法 |
| 4.3 仿真分析 |
| 4.3.1 基于改进RRT的全局规划算法仿真分析 |
| 4.3.2 基于改进APF的局部规划算法仿真分析 |
| 4.4 微机器人动/静态避障实验 |
| 4.4.1 实验环境设置 |
| 4.4.2 边缘匹配 |
| 4.4.3 动/静态避障 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:作者在攻读硕士学位期间的科研成果 |
（2）基于蝗虫视觉神经的微型机器人避障方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景与意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 1.5 论文结构和章节安排 |
| 第2章 视觉避障理论基础 |
| 2.1 图像处理基本理论 |
| 2.1.1 图像坐标系 |
| 2.1.2 颜色空间模型 |
| 2.1.3 运动目标检测 |
| 2.2 蝗虫视觉神经网络 |
| 2.2.1 蝗虫视觉神经系统 |
| 2.2.2 人工蝗虫视觉神经网络 |
| 2.2.3 碰撞检测神经网络 |
| 2.3 传统理论与仿生理论的对比结合 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于蝗虫视觉神经的避障算法研究 |
| 3.1 研究思路与解决方案 |
| 3.1.1 模型对比分析 |
| 3.1.2 颜色分量统计学分析 |
| 3.2 基于饱和度分量输入的碰撞检测神经网络模型 |
| 3.2.1 模型描述 |
| 3.2.2 算法描述 |
| 3.3 算法复杂度优化 |
| 3.3.1 时间复杂度 |
| 3.3.2 空间复杂度 |
| 3.4 数值实验 |
| 3.4.1 实验环境及参数设置 |
| 3.4.2 模拟视觉刺激下的碰撞感知 |
| 3.4.3 现实视觉刺激下的碰撞感知 |
| 3.4.4 主参数对CDNN-SV网络避障性能的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 微型自主移动机器人仿生视觉系统设计与实现 |
| 4.1 系统设计思路 |
| 4.2 低成本仿生视觉系统硬件设计 |
| 4.2.1 硬件设计思路 |
| 4.2.2 硬件选型 |
| 4.2.3 电路设计 |
| 4.2.4 功耗特性分析 |
| 4.3 低成本仿生视觉系统软件设计 |
| 4.3.1 软件设计思路 |
| 4.3.2 感知层 |
| 4.3.3 控制层 |
| 4.3.4 执行层 |
| 4.3.5 交互层 |
| 4.3.6 软件整体处理逻辑 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 实物实验设计与结果分析 |
| 5.1 实物实验环境及平台介绍 |
| 5.2 测试实验 |
| 5.3 实物场景实验 |
| 5.4 平台实验 |
| 5.4.1 平台上的标定纸实验 |
| 5.4.2 平台上的镜面实验 |
| 5.4.3 平台上的多机器人避障实验 |
| 5.5 实验结果分析 |
| 5.5.1 避碰成功率 |
| 5.5.2 实验结论 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
（3）飞秒激光制备磁驱微机器人及其生物医疗应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微纳机器人 |
| 1.2.1 微纳机器人的制备方法 |
| 1.2.2 微纳机器人的驱动方式 |
| 1.2.3 微纳机器人的功能应用 |
| 1.3 飞秒激光聚合加工技术 |
| 1.3.1 飞秒激光聚合加工原理与特性 |
| 1.3.2 飞秒激光聚合加工材料 |
| 1.3.3 飞秒激光聚合加工微机器人 |
| 1.4 本文研究思路 |
| 1.4.1 目前的存在问题 |
| 1.4.2 课题的研究意义与主要研究内容 |
| 第2章 空间光调制技术与磁场驱动原理研究 |
| 2.1 空间光调制技术 |
| 2.1.1 硅基液晶空间光调制器 |
| 2.1.2 计算全息算法 |
| 2.1.3 涡旋光解析光场及其传播特性 |
| 2.2 磁场驱动原理 |
| 2.2.1 磁场驱动方式 |
| 2.2.2 磁场驱动系统 |
| 2.2.3 磁场的安全性 |
| 2.3 三维亥姆霍兹线圈驱动系统搭建 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 磁驱锥管微螺旋机器人及其细胞运输 |
| 3.1 微螺旋机器人 |
| 3.1.1 微螺旋机器人的产生 |
| 3.1.2 微螺旋机器人的磁驱动机理 |
| 3.2 飞秒激光涡旋光束加工空心微螺旋机器人 |
| 3.2.1 基于空间光调制器的飞秒激光聚合加工系统 |
| 3.2.2 涡旋光束生成与加工流程 |
| 3.2.3 形状可控的微螺旋机器人 |
| 3.3 微螺旋机器人的磁驱动分析 |
| 3.3.1 纵向运动分析 |
| 3.3.2 横向速度分析 |
| 3.3.3 图案化运动 |
| 3.4 微机器人货物装载与运输 |
| 3.4.1 纳米颗粒的装载与释放 |
| 3.4.2 神经干细胞的装载、运输与释放 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 磁驱响应变形微鱼机器人及其可控给药 |
| 4.1 响应变形机器人 |
| 4.2 pH刺激响应水凝胶的合成与加工 |
| 4.2.1 原料与试剂 |
| 4.2.2 合成与加工 |
| 4.3 pH刺激响应变形调控机理与特性 |
| 4.3.1 pH刺激响应变形调控机理 |
| 4.3.2 水凝胶微结构的响应变形性能 |
| 4.3.3 水凝胶微结构的各向异性变形 |
| 4.3.4 响应变形微机器人的设计与加工 |
| 4.4 磁驱微螃蟹抓取、运输与释放微粒子 |
| 4.5 磁驱响应变形微鱼封装与可控释放药物 |
| 4.6 磁驱响应变形微鱼局部Hela细胞精准治疗 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 磁驱响应变形锥管微机器人穿越复杂网络 |
| 5.1 微管机器人 |
| 5.2 涡旋光束单次曝光加工系统 |
| 5.3 涡旋光束单次曝光加工与变形测试 |
| 5.4 响应变形锥管微机器人应用 |
| 5.4.1 锥管微机器人用于微球透镜可调成像 |
| 5.4.2 磁驱锥管微机器人用于靶向货物运输 |
| 5.4.3 磁驱锥管微机器人用于复杂地形穿越 |
| 5.4.4 锥管微机器人群体驱动 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本论文的主要工作 |
| 6.1.1 空间光调制技术与磁场驱动原理研究 |
| 6.1.2 磁驱锥管微螺旋机器人及其细胞运输 |
| 6.1.3 磁驱响应变形微鱼机器人及其可控给药 |
| 6.1.4 磁驱响应变形锥管微机器人穿越复杂网络 |
| 6.2 研究工作的创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间取得的研究成果 |
（4）基于螺旋藻的微纳机器人设计、制备与初步应用探索（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 微纳机器人 |
| 1.2.1 微纳机器人的定义 |
| 1.2.2 微纳机器人的制备 |
| 1.2.3 微纳机器人的运动方式 |
| 1.2.4 微纳机器人的研究进展 |
| 1.3 螺旋藻 |
| 1.3.1 藻类的选择 |
| 1.3.2 螺旋藻的简介 |
| 1.3.3 螺旋藻的生活习性 |
| 1.3.4 螺旋藻的应用价值和领域 |
| 1.4 螺旋状的微纳机器人 |
| 1.4.1 螺旋状微纳机器人的应用 |
| 1.4.2 当前螺旋状微机器人的优缺点 |
| 1.5 本论文选题意义及主要研究内容 |
| 1.5.1 第一部分光驱动微纳机器人的设计 |
| 1.5.2 第二部分磁调控微纳机器人的相关探索 |
| 1.5.3 第三部分电磁驱动的载药微纳机器人的探索 |
| 参考文献 |
| 第2章 PB@Spirulina螺旋微纳机器人的制备 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 试剂与仪器 |
| 2.2.2 实验表征仪器 |
| 2.2.3 PB@Spirulina微纳机器人的制备方法 |
| 2.2.4 PB@Spirulina微纳机器人的表征 |
| 2.2.5 PB@Spirulina微纳机器人光驱动运动分析 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 PB@Spirulina的制备 |
| 2.3.2 PB@Spirulina的性质表征 |
| 2.3.3 PB@Spirulina光驱动运动的初步探究 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 Fe_3O_4@Spirulina螺旋微纳机器人的探索 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 试剂与仪器 |
| 3.2.2 实验表征仪器 |
| 3.2.3 Fe_3O_4@Spirulina微纳机器人的制备 |
| 3.2.4 Fe_3O_4@Spirulina微纳机器人的表征 |
| 3.2.5 Fe_3O_4@Spirulina微纳机器人储存条件的探索 |
| 3.2.6 Fe_3O_4@Spirulina微纳机器人运动的探究 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 Fe_3O_4@Spirulina微纳机器人的制备表征 |
| 3.3.2 Fe_3O_4@Spirulina微纳机器人的性质表征 |
| 3.3.3 Fe_3O_4@Spirulina微纳机器人批量合成与储存条件 |
| 3.3.4 Fe_3O_4@Spirulina在磁场中的运动 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 Spiral Fe_3O_4 microbots微纳机器人的探究 |
| 4.0 引言 |
| 4.1 实验部分 |
| 4.1.1 试剂与仪器 |
| 4.1.2 实验表征仪器 |
| 4.1.3 Spiral Fe_3O_4 microbots的制备 |
| 4.1.4 Spiral Fe_3O_4 microbots的性质表征 |
| 4.2 Spiral Fe_3O_4 microbots运动行为研究 |
| 4.2.1 单个Spiral Fe_3O_4 microbot的运动调控 |
| 4.2.2 集群Spiral F_3O_4 microbots的运动调控 |
| 4.3 Spiral Fe_3O_4 microbots的载药实验探究 |
| 4.3.1 Spiral Fe_3O_4 microbots载药实验 |
| 4.3.2 不同药物标准曲线 |
| 4.3.3 载药方案对比 |
| 4.4 Spiral Fe_3O_4 microbots的药物释放探究 |
| 4.5 结果与讨论 |
| 4.5.1 Spiral Fe_3O_4 microbots微纳机器人的材料表征 |
| 4.5.2 Spiral Fe_3O_4 microbots微纳机器人运动行为的分析 |
| 4.5.3 Spiral Fe_3O_4 microbots的载药实验分析 |
| 4.5.4 Spiral Fe_3O_4 microbots的药物释放分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 主要结论与工作展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 工作展望 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（5）面向靶向递送的电磁双驱液态金属微机器人研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 液态金属的研究现状 |
| 1.2.1 液态金属驱动性能的研究 |
| 1.2.2 液态金属应用简介 |
| 1.3 靶向递送机器人的研究现状 |
| 1.4 主要研究内容与结构 |
| 第二章 磁性液态金属制备与运动性能的测试 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 磁性液态金属的制备与机理 |
| 2.3 磁性液态金属性能测试 |
| 2.3.1 基本性能 |
| 2.3.2 电场驱动性能 |
| 2.3.3 磁场驱动性能 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 磁性液态金属电磁耦合驱动实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 磁性液态金属电致驱动机理 |
| 3.2.1 双电层理论 |
| 3.2.2 李普曼方程 |
| 3.2.3 杨-拉普拉斯方程 |
| 3.2.4 液态金属电致驱动机理 |
| 3.3 磁性磁性液态金属电磁耦合驱动实验研究 |
| 3.3.1 泵效应 |
| 3.3.2 电磁耦合驱动 |
| 3.3.3 三维运动 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 靶向递送液态金属微机器人设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微机器人制造工艺 |
| 4.3 微机器人驱动机理研究 |
| 4.3.1 液态金属与金属铜的润湿机理 |
| 4.3.2 微机器人动力学模型 |
| 4.3.3 微机器人表面水流方向 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 靶向递送液态金属微机器人性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验平台搭建 |
| 5.3 微机器人性能测试 |
| 5.3.1 载物框架与磁性液态金属的密度比 |
| 5.3.2 负载质量 |
| 5.3.3 磁性液态金属体积 |
| 5.4 微机器人自组装/自解体实验研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 靶向递送液态金属微机器人的实验研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 微机器人精确控制研究 |
| 6.3 微机器人三维运动研究 |
| 6.3.1 爬坡运动 |
| 6.3.2 跳跃运动 |
| 6.4 微机器人姿态控制研究 |
| 6.5 微机器人靶向药物递送研究 |
| 6.5.1 化学药物的靶向递送 |
| 6.5.2 离体癌细胞的靶向治疗 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间本人出版或公开发表的论着、论文 |
| 致谢 |
（6）基于矩形电磁线圈的微机器人磁驱动系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 课题研究的目的和意义 |
| 1.3 国内外研究现状与分析 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 研究现状分析 |
| 1.5 本课题研究内容 |
| 第2章 磁介质的驱动原理及矩形线圈磁场模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 磁介质的驱动原理 |
| 2.3 矩形线圈磁场模型 |
| 2.4 矩形线圈组合磁场模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 微机器人设计与控制方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 微机器人设计 |
| 3.3 微机器人动力学分析 |
| 3.4 微机器人磁驱动算法 |
| 3.5 基于位置的视觉反馈控制方法 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 电磁驱动系统设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 电磁驱动平台的硬件部分设计 |
| 4.2.1 矩形电磁线圈组设计 |
| 4.2.2 电源驱动装置选型及视觉反馈系统搭建 |
| 4.3 电磁驱动平台的软件部分设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 微机器人驱动控制实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 微机器人的开环控制实验 |
| 5.2.1 微机器人旋转运动 |
| 5.2.2 微机器人直线驱动 |
| 5.3 微机器人的闭环控制实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（7）基于Terfenol-D的双向型纤毛磁驱微机器人研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景和意义 |
| 1.2 磁驱微机器人的研究现状 |
| 1.2.1 磁场系统平台研究现状 |
| 1.2.2 磁驱微机器人研究现状 |
| 1.3 课题的主要研究内容 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 磁驱微机器人建模与机理研究 |
| 2.1 微机器人驱动模块原理 |
| 2.1.1 磁力基础与磁致伸缩效应 |
| 2.1.2 磁致伸缩材料的性能特点 |
| 2.2 微机器人尺度效应 |
| 2.2.1 吸引力与排斥力的尺度效应 |
| 2.2.2 流体力学的尺度效应 |
| 2.3 微机器人驱动方式 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 磁驱微机器人的设计与研究 |
| 3.1 微机器人的设计 |
| 3.1.1 磁驱微机器人驱动材料选取 |
| 3.1.2 磁驱微机器人的结构设计 |
| 3.2 微机器人的仿真分析 |
| 3.2.1 Terfenol-D材料振动仿真 |
| 3.2.2 Terfenol-D材料尺寸设计 |
| 3.2.3 微机器人振动分析 |
| 3.3 微机器人的工艺研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 磁驱控制系统设计与分析 |
| 4.1 磁驱控制实验系统建模 |
| 4.2 磁场控制平台的设计与仿真 |
| 4.2.1 线圈系统的结构设计 |
| 4.2.2 线圈系统的磁场仿真 |
| 4.2.3 线圈系统的搭建和标定 |
| 4.3 控制系统信号选取 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 微机器人的实验与分析 |
| 5.1 线圈系统的实验验证 |
| 5.2 双向纤毛微机器人与“蝌蚪形”微机器人性能对比 |
| 5.3 不同参数下的实验与结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间本人出版或公开发表的论着、论文 |
| 致谢 |
（8）基于磁驱动液面微机器人的微操作方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 磁驱动泳动微机器人研究现状 |
| 1.2.2 仿生水面机器人研究现状 |
| 1.2.3 液面上操作微构件的方法研究现状 |
| 1.2.4 国内外文献综述的简析 |
| 1.3 课题来源 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 液面微机器人在不同磁场下的动力学分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 液面微机器人结构设计 |
| 2.3 液面微机器人的静力学模型 |
| 2.3.1 微机器人在液面的受力情况 |
| 2.3.2 微机器人附近液面轮廓计算 |
| 2.3.3 不同初始条件下微机器人的受力情况 |
| 2.4 磁场梯度驱动下液面微机器人的动力学模型 |
| 2.5 旋转磁场驱动下液面微机器人的动力学模型 |
| 2.5.1 旋转平面水平的磁场中微机器人动力学模型 |
| 2.5.2 旋转平面倾斜的磁场中微机器人动力学模型 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于液面微机器人的微操作方法设计及分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 液面上漂浮微球的静力学模型 |
| 3.2.1 漂浮微球附近液面曲线轮廓 |
| 3.2.2 漂浮微球受力分析 |
| 3.3 基于微机器人的捕获操作方法设计及分析 |
| 3.3.1 液面微机器人与微球间横向毛细力分析 |
| 3.3.2 微机器人捕获微构件方法设计 |
| 3.4 基于微机器人的液面传输方法分析 |
| 3.4.1 梯度磁场驱动微机器人传输微球的方法 |
| 3.4.2 旋转磁场驱动微机器人传输微球的方法 |
| 3.5 基于微机器人的液面释放操作方法设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 液面微机器人运动特性和微操作实验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 磁场驱动装置的搭建和仿真 |
| 4.2.1 三维空间中任意方向旋转磁场的产生 |
| 4.2.2 水平面梯度磁场的产生 |
| 4.2.3 旋转磁场和梯度磁场的仿真 |
| 4.2.4 磁场驱动装置的构成 |
| 4.3 液面微机器人形状和实验系统 |
| 4.3.1 液面微机器人的形状与加工 |
| 4.3.2 液面微机器人实验系统 |
| 4.4 液面微机器人运动实验 |
| 4.4.1 梯度磁场驱动下液面微机器人运动实验 |
| 4.4.2 旋转磁场作用下液面微机器人的运动实验 |
| 4.5 基于磁驱动液面微机器人的微操作实验 |
| 4.5.1 液面上锡球捕获操作实验 |
| 4.5.2 液面上锡球传输实验 |
| 4.5.3 液面上锡球释放操作 |
| 4.5.4 液面上组装锡球实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果 |
| 致谢 |
（9）基于三维可变磁场微机器人磁驱动控制技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 课题研究的目的和意义 |
| 1.3 国内外研究现状与分析 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.3.3 研究现状分析 |
| 1.4 本课题研究内容 |
| 第2章 磁驱动原理及三维电磁场建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 磁驱动原理 |
| 2.2.1 磁现象电本质 |
| 2.2.2 磁介质所受磁力和磁力矩 |
| 2.3 三维电磁场建模 |
| 2.3.1 单轴赫姆霍兹线圈模型 |
| 2.3.2 单轴麦克斯韦线圈模型 |
| 2.3.3 组合线圈三维磁场建模 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 三维电磁驱动系统仿真与设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 三维线圈电磁场有限元仿真 |
| 3.2.1 电磁场有限元仿真一般步骤 |
| 3.2.2 单轴赫姆霍兹线圈磁场仿真 |
| 3.2.3 单轴麦克斯韦线圈磁场仿真 |
| 3.3 组合线圈磁场仿真 |
| 3.4 三维线圈结构参数 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 微机器人动力学建模与主动控制算法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微机器人材料的选择 |
| 4.3 微机器人动力学建模 |
| 4.3.1 三维磁驱动微机器人动力学建模 |
| 4.3.2 磁力、磁力矩与电流的映射矩阵 |
| 4.4 微机器人重力补偿驱动算法 |
| 4.5 基于位置反馈闭环控制算法仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 微机器人五自由度磁驱动控制实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 三维磁驱动系统平台搭建 |
| 5.2.1 三维磁驱动系统硬件模块 |
| 5.2.2 三维磁驱动系统软件模块 |
| 5.3 微机器人三维磁驱动实验 |
| 5.3.1 旋转磁场驱动实验 |
| 5.3.2 微机器人重力补偿无缆驱动方式一 |
| 5.3.3 微机器人重力补偿无缆驱动方式二 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
（10）螺旋推进泳动磁微机器人系统设计与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 磁驱动微机器人运动机理的研究现状 |
| 1.2.2 微机器人磁驱动系统研究现状 |
| 1.2.3 螺旋泳动微机器人的研究现状 |
| 1.2.4 国内外研究现状总结 |
| 1.3 课题来源 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第2章 螺旋推进泳动磁微机器人的动力学研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 螺旋推进泳动磁微机器人的结构 |
| 2.2.1 单螺旋推进泳动磁微机器人 |
| 2.2.2 双螺旋推进泳动磁微机器人 |
| 2.3 螺旋推进泳动磁微机器人动力学模型的建立 |
| 2.3.1 低雷诺数的流体环境 |
| 2.3.2 磁驱动微机器人受到的磁场力 |
| 2.3.3 螺旋推进泳动磁微机器人动力学模型的建立 |
| 2.4 螺旋磁微机器人结构参数对运动性能的影响 |
| 2.4.1 螺旋磁微机器人的泳动速度 |
| 2.4.2 螺旋磁微机器人的泳动效率 |
| 2.4.3 螺旋尾部的线径、螺距、长度参数对运动性能的影响 |
| 2.4.4 双螺旋推进泳动磁微机器人结构的动力学模型 |
| 2.4.5 引入失步频率对参数影响模型进行修正 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 螺旋推进泳动磁微机器人磁驱动模块设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 亥姆霍兹线圈原理 |
| 3.3 磁驱动模块的亥姆霍兹线圈的设计 |
| 3.3.1 亥姆霍兹线圈的COMSOL仿真过程 |
| 3.3.2 亥姆霍兹线圈的COMSOL仿真结果分析 |
| 3.3.3 磁微机器人系统三维亥姆霍兹线圈的设计 |
| 3.4 亥姆霍兹线圈旋转磁场的产生 |
| 3.4.1 绕坐标轴的旋转磁场产生 |
| 3.4.2 绕空间任意方向旋转磁场的产生 |
| 3.5 螺旋推进泳动磁微机器人磁驱动模块磁场分布验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 螺旋推进泳动磁微机器人的实验研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 螺旋推进泳动磁微机器人系统的建立 |
| 4.3 螺旋推进泳动磁微机器人制作加工 |
| 4.4 外界条件对螺旋磁微机器人运动影响的实验研究 |
| 4.4.1 磁场的旋转频率对机器人运动性能的影响 |
| 4.4.2 液体环境对螺旋磁微机器人运动性能的影响 |
| 4.4.3 外界磁场强度对机器人运动性能的影响 |
| 4.5 微机器人几何参数对微机器人运动影响的实验研究 |
| 4.5.1 螺距对微机器人运动影响的实验研究 |
| 4.5.2 螺旋长度对微机器人运动影响的实验研究 |
| 4.5.3 双螺旋与单螺旋磁微机器人运动的比较实验 |
| 4.6 螺旋磁微机器人轨迹运动的实验研究 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
四、微机器人关键技术及应用（论文参考文献）
- [1]基于梯度增强的微机器人操作电磁驱动系统研究[D]. 赵正青. 江南大学, 2021(01)
- [2]基于蝗虫视觉神经的微型机器人避障方法研究[D]. 郭小沛. 武汉科技大学, 2021
- [3]飞秒激光制备磁驱微机器人及其生物医疗应用研究[D]. 辛晨. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]基于螺旋藻的微纳机器人设计、制备与初步应用探索[D]. 安苗. 上海师范大学, 2021(07)
- [5]面向靶向递送的电磁双驱液态金属微机器人研究[D]. 李芳霞. 苏州大学, 2020(02)
- [6]基于矩形电磁线圈的微机器人磁驱动系统设计[D]. 陈张. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [7]基于Terfenol-D的双向型纤毛磁驱微机器人研究[D]. 张磊磊. 苏州大学, 2018(04)
- [8]基于磁驱动液面微机器人的微操作方法研究[D]. 何元哲. 哈尔滨工业大学, 2018(01)
- [9]基于三维可变磁场微机器人磁驱动控制技术的研究[D]. 宋时间. 哈尔滨工业大学, 2018(01)
- [10]螺旋推进泳动磁微机器人系统设计与实验研究[D]. 徐慧超. 哈尔滨工业大学, 2016(02)