الگوریتم جهت‌یابی صفحه‌ای میکروربات دو قطبی مغناطیسی توسط سه میدان مغناطیسی خارجی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

2 تربیت مدرس-مهندسی مکانیک

چکیده

در سال‌های اخیر استفاده از میکروربات‌های مغناطیسی به دلیل حداقل تهاجمی بودن آن‌ها، در کاربردهای پزشکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از چالش‌های این میکروربات‌ها، کنترل خودکار آن‌ها در درون بدن موجود زنده جهت رسیدن به هدفی مشخص می‌باشد. با توجه به کوچک بودن اندازه میکروربات، موقعیت و جهت آن با استفاده از میدان مغناطیسی خارجی کنترل می‌شود که ایجاد این میدان مغناطیسی به وسیله آهنربای دائم و یا آهنربای الکتریکی انجام می‌شود. یکی از مزیت‌های استفاده از آهنربای الکتریکی جهت ایجاد میدان مغناطیسی خارجی، امکان کنترل جهت و اندازه میدان مغناطیسی، توسط کنترل جریان الکتریکی است. در این مقاله میکروربات به صورت یک دو قطبی مغناطیسی نقطه‌ای در نظر گرفته شده است که با استفاده از قوانین ماکسول نیرو و گشتاور وارد بر دو قطبی برحسب جریان هر یک از آهنربای الکتریکی بدست آمده است. همچنین الگوریتمی، جهت مسیریابی ربات در محیطی با موانع نامشخص بدون محاسبه کردن مسیر از پیش تعیین شده، پیشنهاد شده است. علاوه بر این، صحت روابط بدست آمده و الگوریتم طراحی شده از طریق شبیه سازی حرکت ربات در نرم افزار متلب مورد بررسی قرار گرفته شده است که کارایی استفاده از سه آهنربای الکتریکی برای کنترل موقعیت میکروربات مغناطیسی در حرکت صفحه‌ای را تایید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Planar Navigation Algorithm of Magnetic Dipole Microrobot by Three External Electromagnets

نویسندگان [English]

  • Elmira Mojaver Zargar 1
  • Majid Sadedel 2
  • Mohammad Reza Karafi 1
1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
2 تربیت مدرس-مهندسی مکانیک
چکیده [English]

Recently, magnetic microrobots have attracted much attention in biomedical applications due to their minimally invasive features. One of the challenges in this field is about in-vivo autonomous control of microrobots to reach a predefined target. In concern of the submillimeter size of the microrobots, their position and orientation are controlled by an external magnetic field which is generated by permanent magnets or electromagnets. One of the advantages of using electromagnets to produce an external magnetic field is the ability of controlling the magnitude and orientation of the magnetic field by manipulating the electrical current of each electromagnet. In this study, by using Maxwell’s equations and considering the microrobot as a point dipole, the exerted force and torque relations are driven as a function of electromagnets’ electrical current. Moreover, a navigation algorithm is proposed to guide the robot through unknown obstacles without planning the whole path. Furthermore, the driven equations and designed algorithms are validated by simulating the microrobot’s motion using MATLAB software, which confirms the effectiveness of using three electromagnets to control an electromagnet microrobot’s planer motion.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Microrobot
  • Magnetic actuation
  • Magnetic field
  • Navigation algorithm