基于电磁线圈阵列驱动的微机器人操控平台的设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

微机器人的概念提出于上世纪中叶，对其大规模的研究开始于九十年代，现在已经发展成为热点研究方向，包括我国在内的一些国家已经制定相关的战略规划。随着现代生物医学领域研究的不断深入，微机器人由于其低创伤性和复杂微环境的可达性，在众多生物医疗领域中展现出蓬勃的应用前景及优势。例如，微机器人可以作为手术末端执行器或基因片段/药物的运载体，在活体血液循环系统巡游后到达病灶部位，实现病理研究、疾病诊断、靶向递药、组织修复、微创手术等功能。

本课题研究的是基于电磁线圈阵列驱动的微机器人，以Arduino控制5x5通电螺线管产生梯度磁场，毫米级小磁珠在磁场中受力产生运动，通过对Arduino编程以及光学成像系统的反馈调节下，可以实现磁珠预期运动轨迹。实验目的在于以此研究课题为基础，进而对微米级甚至纳米级磁珠进行磁场控制，并模拟其在类似人体血管的封闭液体环境中运动，最终能够在分子生物学等领域得到应用，例如用于生物工程、细胞病变检测、药物靶向输送等方面。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

1）多电线圈阵列磁场设计、建模、仿真、标定及制造；

2）控制电路设计和实现；

3. 研究的方法与步骤

研究方法、步骤

研究通电螺线管产生磁场的原理；

建立螺线管阵列的空间磁场分布模型，对磁珠进行运动学与动力学分析；

4. 参考文献

[1]e. j. furlani and e. p. furlani, “a model for predicting magnetic targeting of multifunctional particles in the microvasculature,” journal of magnetism and magnetic materials, vol. 312, no. 1, pp. 187–193, may 2007.

[2]x. wang et al., “a three-dimensional magnetic tweezer system for intraembryonic navigation and measurement,” ieee transactions on robotics, vol. 34, no. 1, pp. 240–247, feb. 2019.

[3]z. g. forbes, b. b. yellen, k. a. barbee, and g. friedman, “an approach to targeted drug delivery based on uniform magnetic fields,” ieee transactions on magnetics, vol. 39, no. 5, pp. 3372–3377, sep. 2003.

5. 计划与进度安排

1) 2022-12-20～2022-2-24查阅文献资料，进行文献综述，翻译英文文献。

2)2022-2-11～2022-3-17撰写开题报告，对系统所需硬件等进行选型；用三维造型软件进行产品零件的立体造型设计；

3)2022-3-18～2022-4-10查阅相关资料，进行系统的设计；