1. 研究目的与意义
| 磁场在自然界中无处不在，是指传递实物间磁力作用的场。磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质。磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用在物理层面接触就能发生作用。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。作为能量载体具有其它能量载体无法比拟的优点，采用磁电换能器传递磁能的方式能够应用于更加广泛的领域。 近年来，在航天、船舶、电子、地学、生物科学等领域的研究课题中，越来越多地需求能产生各种磁场强度的磁场发生器,几乎在现在研究的各个领域中，磁场发生器都得到了广泛的应用，从而极大的推动了磁场发生器的发展。以此对磁场发生器的研究是很重要的。 亥姆霍兹线圈（Helmholtzcoil）是一种制造小范围区域均匀磁场的器件，其由两个半径和匝数完全相同的线圈，将其同轴排列并令间距等于半径，串接而成的线圈。当两个线圈通以同方向的电流时，两个载流线圈的总磁场在轴的中点附近的较大范围内是均匀的。因其可适用于各研究所，高等院校及企业做物质磁性或检测实验,应用于材料、电子、生物、医疗、航空航天、化学、应用物理等各个学科，其主要用途:产生标准磁场;地球磁场的抵消与补偿、地磁环境模拟、磁屏蔽效果的判定、电磁干扰模拟实验、霍尔探头和各种磁强计的定标、生物磁场的研究及物质磁特性的研究。 |
2. 研究内容和预期目标
设计一种hm线圈系统：每个电线圈都可以独立进行供电并进行开关控制，通过产生的空间叠加电磁场作用于多种形状的磁性微机器人，驱动微机器人进行路径跟踪，避障控制。
主要研究内容：
1) hm电线圈磁场设计、建模、仿真、标定及制造；
3. 研究的方法与步骤
对于线圈系统的设计，
（1）首先根据技术规范确定该领域最显著和最合适的特性，磁力和转矩是位置和电流的函数，最显著的特征是均匀磁场和梯度场的均匀性。
（2）第二步选择合适的线圈对类型，定有限长载流线圈的基本形状，可以是环形线圈，矩形线圈，甚至是马鞍形线圈，并对参数进行优化。在这个过程中，主要考虑了ema系统的紧凑性、空间利用率、制造难度和费用等几个主要因素。
4. 参考文献
[1]. ody, t., panth, m., sommers, a. d., eid, k. f. (2016). controlling the motion of ferrofluid droplets using surface tension gradients and magnetoviscous pinning. langmuir, 32(27), 6967–6976. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b01030
[2]. probst, r., lin, j., komaee, a., nacev, a., cummins, z., shapiro, b. (2011). planar steering of a single ferrofluid drop by optimal minimum power dynamic feedback control of four electromagnets at a distance. journal of magnetism and magnetic materials, 323(7), 885–896. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2010.08.024
[3]. rigoni, c., ferraro, d., carlassara, m., filippi, d., varagnolo, s., pierno, m., … mistura, g. (2018). dynamics of ferrofluid drops on magnetically patterned surfaces. langmuir, 34(30), 8917–8922. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b01520
5. 计划与进度安排
1)2022-12-22～2022-2-10 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；
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