多自由度医用磁控导航平台设计与仿真开题报告
2020-02-10 22:44:40
1. 研究目的与意义（文献综述）
因有图片和公式，此部分放在附件中呈现
2. 研究的基本内容与方案
| 设计的任务是： （1）查阅不少于15篇的相关资料，其中英文文献不少于十篇，完成开题报告； （2）基于电磁学计算完成磁控导航平台结构设计(设计、优化、仿真)； （3）完成1份15000字以上的设计计算说明书，设计计算说明书中涉及参考文献不少于30篇，其中外文文献不少于15篇。
设计需要重点解决的问题及拟采用的方案是： 重点解决问题：此电磁控制平台可在空间任意方向产生不小于500mT/m的高梯度磁场，同时可以产生不小于10Hz的旋转磁场。需要完成对单电磁线圈的结构设计，电路驱动设计，及散热设计，并通过数值仿真计算多对电磁线圈磁场在空间的叠加分布并优化多对电磁线圈的空间布局。 拟采用的方案 基于麦克斯韦电磁场理论、毕奥萨伐尔定律、磁场力学分析、矩阵奇异值等物理和矩阵论知识，提出以下解决方案。 1） 针对需要的高梯度磁场，拟采用麦克斯韦线圈对。 2） 针对所需旋转磁场，拟采用赫姆霍茨线圈对，与1）中的线圈组合设计。 3） 针对数值仿真计算以及优化空间布局，拟采用COMSOL多物理场软件进行仿真，基于矩阵奇异值理论，运用智能算法或优化工具进行多目标优化。 4） 利用嵌入式电路板或驱动平台设计驱动电路 |
3. 研究计划与安排
| 设计的进度安排是： |
1-2周 查阅文献完成开题报告和英文翻译
3-4 周 熟悉COMSOL操作，运用建模软件建模完成磁场电路驱动设计
5-6周 单电磁线圈及多电磁线圈空间磁场分布分析与校验
7-8周 运用优化原理对电磁对空间布局优化
9-11周 完成优化后的磁场仿真以及电路设计
12-14周 散热理论设计及仿真
15-16周 撰写毕业设计论文说明书，毕业设计论文说明书修订，评阅与论文答辩
4. 参考文献（12篇以上）
| 3、参考文献 【1】KummerM P , Abbott J J , Kratochvil B E , et al. OctoMag: An Electromagnetic Systemfor 5-DOF Wireless Micromanipulation[J]. IEEE Transactions on Robotics, 2010,26.Kummer M P , Abbott J J , Kratochvil B E , et al. OctoMag: AnElectromagnetic System for 5-DOF Wireless Micromanipulation[J]. IEEETransactions on Robotics, 2010, 26. 【2】Petruska A J , Nelson B J . MinimumBounds on the Number of Electromagnets Required for Remote MagneticManipulation[J]. IEEE Transactions on Robotics, 2015, 31(3):714-722. 【3】Nam J , Lee W , Jung E , et al. Magneticnavigation system utilizing a closed magnetic circuit to maximize magneticfield and a mapping method to precisely control magnetic field in realtime[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017:1-1. 【4】Rahmer J, Stehning C, Gleich B.Spatially selective remote magnetic actuation of identical helicalmicromachines[J]. Science Robotics, 2017, 2(3): eaal2845. 【5】 PourkandA, Abbott J J. A Critical Analysis of Eight-Electromagnet ManipulationSystems: The Role of Electromagnet Configuration on Strength, Isotropy, andAccess[J]. IEEE Robotics and Automation Letters, 2018, 3(4): 2957-2962. 【6】 Jeon S, Jang G, Choi H, etal. Magnetic navigation system with gradient and uniform saddle coils for thewireless manipulation of micro-robots in human blood vessels[J]. IEEEtransactions on magnetics, 2010, 46(6): 1943-1946. 【7】 Bell D J,Leutenegger S, Hammar K M, et al. Flagella-like propulsion for microrobotsusing a nanocoil and a rotating electromagnetic field[C].Proceedings 2007 IEEEinternational conference on robotics and automation. IEEE, 2007: 1128-1133. 【8】Pappone C, Vicedomini G, Manguso F, etal. Robotic magnetic navigation for atrial fibrillation ablation[J]. Journalof the American College of Cardiology, 2006, 47(7): 1390-1400. 【9】 Ryan P, Diller E. Magneticactuation for full dexterity microrobotic control using rotating permanentmagnets[J]. IEEE Transactions on Robotics, 2017, 33(6): 1398-1409. 【10】 Mahoney A W, Abbott J J.Five-degree-of-freedom manipulation of an untethered magnetic device in fluidusing a single permanent magnet with application in stomach capsuleendoscopy[J]. The International Journal of Robotics Research, 2016, 35(1-3):129-147. 【11】 Byun D, ChoiJ, Cha K, et al. Swimming microrobot actuated by two pairs of Helmholtz coilssystem[J]. Mechatronics, 2011, 21(1): 357-364. 【12】郝云雷. 基于外磁场驱动的微型管道机器人研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2010. 【13】杨杰伟, 赵江铭. 微型机器人驱动技术发展及现状分析[J]. 郑州大学学报(工学版),2012, 33(2):112-116. 【14】张永顺, 于宏海, 阮晓燕,. 新型肠道胶囊式微型机器人的运动特性[J]. 机械工程学报, 2009, 45(8):18-23. 【15】薛君妍. 移动旋转磁场驱动的微型管道机器人的研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2009. |
