Loading...

Design and Fabrication of An Electromagnetic Actuation System for Generation of Desired Magnetic Field and Control of Magnetic Particles

Amiri Chimeh, Hadiseh | 2022

159 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 54980 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Nejat Pishkenari, Hossein
  7. Abstract:
  8. Being harmless to living tissues makes magnetic robots very promising for medical applications. Furthermore, since these robots are driven by external magnetic fields, no actuators are needed to be placed on the robots, enabling them to come in very small dimensions if necessary. Motion control of small magnetic particles paves the way for future applications, such as deliberate drug-delivery, sampling, and lowinvasive surgeries.The goal of this research is to design and construct a platform for generating desired magnetic fields in order to control the motion of magnetic robots in threedimensional space. In order to do so, a system of eight electromagnetic coils with iron cores was built. The coils are located at a distance of 12.5 cm from the center of the workspace, and each can generate a magnetic field of 8 mT and a gradient of 120 mT/m. A PI controller computes the desired force based on the position of the robots extracted by image processing. Then, according to the governing equations, the desired currents are calculated. Another PI controller in the inner loop uses these desired currents to compute the required voltage for each coil. This voltage is then applied to each coil through the driving circuits.After the fabrication of the magnetic platform, controlling the position and orientation of a particle in three-dimensional space was simulated and then implemented on the real robot. In the experiments, the magnetic robot could successfully track the desired path with an average error of 0.05 mm and a standard deviation of 1 mm. Afterwards, simultaneous control of the position of two magnetic robots was simulated and implemented. In this case, the robots could track the desired trajectory with an average error of 0.1 mm and a standard deviation of 2.8 mm
  9. Keywords:
  10. Design and Construction ; Magnetic Robots ; Simultaneous Control ; Three Dimentional Positioning ; Electromagnetic System ; Robot Control

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
    • اهمیت و کاربرد موضوع
    • اهداف پژوهش
    • ساختار گزارش
  • مفاهیم پایه میدان‌های مغناطیسی
    • سیم‌پیچ مغناطیسی
      • محاسبه میدان مغناطیسی
      • مقاومت الکتریکی و دما
      • محاسبه ثابت زمانی
      • تلفات گرمایی
      • هسته مغناطیسی
    • آهنربای دائم
    • نیرو و گشتاور وارد بر ربات مغناطیسی از طرف میدان مغناطیسی
    • بهینه‌سازی مقید به روش لاگرانژ
  • مرور ادبیات
    • مقدمه
    • انواع و کاربرد ربات‌های مغناطیسی
    • سیستم‌های تحریک مغناطیسی
      • استفاده از آهنربای دائمی
      • استفاده از سیم‌پیچ‌های الکترومغناطیسی
    • کنترل مجموعه‌ای از میکروربات‌ها
      • استفاده از سطوح ویژه
      • استفاده از سطوح غیر فعال
    • کارهای انجام شده در آزمایشگاه میکرونانورباتیک دانشگاه شریف
    • جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
  • طراحی و ساخت سیستم مغناطیسی
    • سیم‌پیچ‌ها
      • طراحی مکانیکی سیم‌پیچ‌ها و پایه‌های نگه‌دارنده
      • طراحی الکترومغناطیسی سیم‌پیچ‌ها
      • مشخصات سیم‌پیچ ساخته شده
      • انتقال حرارت
    • ربات مغناطیسی
    • مدارهای الکتریکی
      • شمای کلی
    • نرم افزار
      • پردازش تصویر
      • پروتکل‌های ارتباطی
        • رزبری‌پای-رزبری‌پای
        • رزبری‌پای-discovery
        • رایانه
    • کالیبراسیون
      • کالیبره کردن دوربین‌ها
      • کالیبره کردن سیستم مغناطیسی
      • کالیبره کردن سنسور جریان
    • جمع‌بندی
  • مدل سازی سیستم
    • دستگاه‌های مختصات مورد استفاده
    • نگاشت میدان و جریان سیم‌پیچ‌ها
      • روش اول
      • روش دوم
    • مدل‌سازی میدان و گرادیان مغناطیسی برای یک سیم‌پیچ
    • مدل‌سازی دینامیک حرکت ربات مغناطیسی
      • دینامیک انتقالی
      • دینامیک دورانی
    • مدل‌سازی جریان و ولتاژ سیم‌پیچ‌ها
    • جمع‌بندی
  • شبیه‌سازی و طراحی کنترلر برای سیستم مغناطیسی
    • طراحی کنترلر
      • ساختمان کنترلر
      • کنترل موقعیت
      • حل معادلات سیستم
      • بدست آوردن جریان‌ها برای نیرو و جهت‌گیری مطلوب
      • بدست آوردن جریان‌ها برای اعمال نیروی مطلوب
      • کنترل جریان
    • شبیه‌سازی
      • کنترل حرکت یک ربات مغناطیسی در سه بعد
        • کنترل موقعیت و جهت‌گیری
        • کنترل موقعیت
      • کنترل حرکت دو ربات در سه بعد
    • جمع‌بندی
  • نتایج تست عملی
    • کنترل حرکت یک ربات در سه بعد
      • کنترل موقعیت و جهت‌گیری
      • کنترل موقعیت
    • کنترل حرکت دو ربات در سه بعد
    • جمع‌بندی
  • جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
    • جمع‌بندی
    • پیشنهاد کارهای آتی
  • پیوست آ
    • اجزای مدارهای الکتریکی
      • منبع تغذیه
      • سنسور جریان
      • درایور
      • میکرو کنترلر
      • دوربین
  • e4ccb508-1809-4f6f-b965-240fb96ae065.pdf
    • چکیده
    • مقدمه
    • طراحی و ساخت سامانه‌ی تولید میدان مغناطیسی
    • مدل‌سازی میدان مغناطیسی
    • نتایج کنترل حرکت ربات‌های مغناطیسی
    • جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
...see more