CN113350699B - 一种组合磁场发生装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合磁场发生装置，它包括：磁体组件、运动轨道、置物台；磁体组件内部设有磁体；磁体组件安装在运动轨道上，运动轨道设置在置物台的周围；运动轨道上至少包含三个磁体组件，多个磁体组件产生的磁场相互重合形成组合磁场，共同作用于置物台上方位置；组合磁场发生装置采用多个磁体组件组合作用的设计方式，使得作用磁场的磁场扫描区域更加灵活。还公开了一种组合磁场发生装置的使用方法，包括磁体组件的运动控制方法和磁场强度和频率的控制方法。方法中将磁场扫描分成了几种不同的模式，根据不同的模式分别计算不同的扫描路径；单点扫描模式、多点组合扫描模式、全面扫描模式三种扫描模式足以满足各种不同的需求。

Description

一种组合磁场发生装置及其使用方法
技术领域
本发明属于组合磁场发生和控制技术领域，具体涉及一种组合磁场发生装置及其使用方法。
背景技术
组合磁场在工业和医疗领域具有很多应用，在医疗领域运用组合交变磁场可以对人体进行电磁治疗，也可以结合磁控机器人完成靶向送药，精密手术和医学检测等任务。
现有的组合磁场一般采用磁体位置固定、磁场强度变化的方式进行设计。这种设计方式需要将人体全部置于磁场中，通过控制单个磁场的强度，控制组合磁场中心的位置和强度。
发明内容
本发明提供了一种组合磁场发生装置及其使用方法，它是一种基于磁体位置变换和磁场强度变换相结合的一种组合磁场装置，它具有多个可以进行位置变换的磁体，每个磁体的位姿参数和强度参数都可以进行矢量调节，可以精确控制组合磁场的磁场中心的位置以及中心位置的磁场强度和磁场分布。
一种组合磁场发生装置，它包括：磁体组件、运动轨道、置物台；所述的磁体组件内部设有磁体；所述的磁体组件安装在运动轨道上，运动轨道设置在置物台的周围；所述的运动轨道上至少包含三个磁体组件，多个磁体组件产生的磁场相互重合形成组合磁场，共同作用于置物台上方位置；所述的运动轨道包括环形外壳和设置在环形外壳的内侧壁上的第一运动轨道、第二运动轨道；所述的第一运动轨道、第二运动轨道整体呈环形，所述的第一运动轨道、第二运动轨道均包括相互固定设置的固定环和设有齿圈的轨道环；所述的环形外壳的内侧壁上设有第一导轨、第二导轨；所述的第一导轨、第二导轨分别包括设置在两侧侧壁上的导轨槽；所述的第一运动轨道、第二运动轨道、第一导轨、第二导轨与环形外壳同心设置；
进一步的，所述的磁体包括磁体固定壳和设置在磁体固定壳内部的电磁线圈；所述的电磁线圈包括两个相互串联的螺旋线圈，且两个线圈的螺旋方向相同设置；所述的电磁线圈的两个螺旋线圈整体成V形设置；
进一步的，所述的磁体固定壳上设有位姿控制装置；所述的位姿控制装置包括位姿旋转轴、位姿控制电机和位姿控制支架；所述的位姿旋转轴设置在磁体固定壳的中部的两侧；所述的位姿旋转轴铰接安装在位姿控制支架两端的位姿旋转轴绞支座上；所述的位姿控制支架的一端固定安装有位姿控制电机；所述的位姿控制电机的输出轴与位姿旋转轴经联轴器连接设置；
进一步的，所述的位姿旋转轴的轴线位置位于电磁线圈的两个螺旋线圈的中间位置；所述的位姿旋转轴与两个螺旋线圈的中轴线相互垂直设置；
进一步的，所述的位姿控制支架的另一侧面上设有滑块组件；所述的滑块组件的包括分别位于位姿旋转轴的两侧的滑块；
进一步的，所述的滑块组件上还设有运动控制电机；所述的运动控制电机固定安装在滑块组件上；所述的运动控制电机的输出轴的轴线与位姿旋转轴的轴线相互平行设置；所述的运动控制电机的输出轴上安装有齿轮；
进一步的，所述的磁体组件包括第一磁体组件、第二磁体组件、第三磁体组件；所述的第一磁体组件、第三磁体组件的滑块组件两端的滑块与第一导轨的导轨槽相互配合设置；所述的第一磁体组件、第三磁体组件运动控制电机输出轴上的齿轮与第一运动轨道的齿圈相互啮合设置；所述的第二磁体组件的滑块组件两端的滑块与第二导轨的导轨槽相互配合设置；所述的第二磁体组件运动控制电机输出轴上的齿轮与第二导轨的齿圈相互啮合设置；所述的置物台设置在环形外壳的通孔内侧，与环形外壳相互固定设置；
进一步的，它包括如下步骤：
S01：设定扫描模式，设定扫描的磁场强度和变化模式；
S02：设定扫描区域；
S03：进行磁体组件运动轨迹计算；
S04：进行磁场强度及变化模式与运动轨迹的组合计算；
S05：根据计算后的程序生成控制程序驱动磁体组件运动；
S06：扫描完成后，磁体组件回归零点；
所述的S01步骤中的扫描模式包括：单点扫描模式、多点组合扫描模式、全面扫描模式；所述的单点扫描模式为对物体的指定位置的一定面积区域进行磁场扫描；所述的多点组合扫描模式为对物体的多个单点按照一定的顺序进行磁场扫描；所述的全面扫描模式为对物体的整个截面区域进行磁场扫描；
进一步的，所述的S02步骤中包括：
S021：以环形外壳的中心点为坐标原点，建立扫描区域的球坐标系，在坐标系中标定第一运动轨道、第二运动轨道的位置；
S022：输入扫描区域的中心点坐标；
S023：输入扫描区域的边缘关键点坐标；
进一步的，所述的S03步骤中包括：
S031：计算与扫描区域的中心点距离最近的第一运动轨道、第二运动轨道上的点；
S032：根据磁体组件的尺寸计算出与最近点相邻的两点；
S033：将最近点设置为第二磁体组件工作点，将相邻的两点设置为第一磁体组件、第三磁体组件工作点；
S034：根据扫描区域的中心点和第一磁体组件、第三磁体组件工作点的坐标，计算磁体组件的位姿旋转角度；
S035：设定扫描区域的中心点坐标为扫面起始点，根据扫描区域规划计算磁体组件的扫描路径；
进一步的，所述的S04：步骤中包括：
S041：计算扫描区域的中心点及扫描路径上的关键点坐标与磁体组件的直线距离；
S042：根据设定的磁场强度，计算各个磁体组件在需要在指定的距离处的产生的磁场强度,得出磁体组件在指定坐标点上的磁场强度；
S043：根据计算出的磁场强度计算出磁体组件的电流和电压参数；
S044：将与磁场强度相关的电流和电压参数与指定坐标点的坐标值进行对应储存，生成控制程序。
本发明提供了一种组合磁场发生装置，它包括：磁体组件、运动轨道、置物台；磁体组件内部设有磁体；磁体组件安装在运动轨道上，运动轨道设置在置物台的周围；运动轨道上至少包含三个磁体组件，多个磁体组件产生的磁场相互重合形成组合磁场，共同作用于置物台上方位置；本设计的组合磁场发生装置采用多个磁体组件组合作用的设计方式，使得作用磁场的磁场扫描区域更加灵活，可以根据不同的区域位置和区域形设定磁体组件的位置；同时磁体组件上设置在运动轨道上，运动控制电机可以驱动磁体组件围绕轨道进行任意移动，同时可以在任意位置停止，满足不同的区域位置的磁场扫描。运动轨道整体成圆环状，置物台设置在运动轨道的内部，环形的运动轨道可以保证磁体组件可以移动至置物台的各个方向，使得磁体组件可以从任意角度对特定区域位置的磁场扫描。同时磁体组件的位姿控制装置可以调节磁体的扫描角度，使得组合磁场的磁场最大的位置不会局限在环形轨道的圆心位置，在使用位姿控制装置进行角度调节后，可以将组合磁场的磁场最强点设置在环形轨道内的任意区域。磁体组件内设置的串联的螺旋线圈产生的磁场强度呈山峰状分布，中部的磁场强度最大成呈现圆锥形状的分布，其作用距离更远，作用区域更加便于控制，三个相同的磁场叠加后的磁场为形状和位置也会更加便于识别和控制。本发明还提供了一种组合磁场发生装置的使用方法，该使用方法中包括磁体组件的运动控制方法和磁场强度和频率的控制方法。方法中将磁场扫描分成了几种不同的模式，根据不同的模式分别计算不同的扫描路径；单点扫描模式、多点组合扫描模式、全面扫描模式三种扫描模式足以满足各种不同的需求。
附图说明
图1为本发明一种组合磁场发生装置的主视图；
图2为本发明一种组合磁场发生装置的左视图；
图3为本发明一种组合磁场发生装置的A-A剖视图；
图4为本发明一种组合磁场发生装置的B-B剖视图；
图5为本发明一种组合磁场发生装置的爆炸状态的主视图；
图6为本发明一种组合磁场发生装置的爆炸状态的左视图；
图7为本发明一种组合磁场发生装置的爆炸状态的C-C剖视图；
图8为本发明一种组合磁场发生装置的Ⅰ处的局部放大视图；
图9为本发明一种组合磁场发生装置的Ⅱ处的局部放大视图；
图10为本发明一种组合磁场发生装置的爆炸状态的立体视图；
图11为本发明一种组合磁场发生装置的磁体的主视图；
图12为本发明一种组合磁场发生装置的磁体的左视图；
图13为本发明一种组合磁场发生装置的磁体的D-D剖视图。
具体实施方式
实施例1：一种组合磁场发生装置
请参见附图1-13，一种组合磁场发生装置，它包括：磁体组件10、运动轨道2、置物台3；
所述的磁体组件10内部设有磁体1；
所述的磁体组件10安装在运动轨道2上，运动轨道2设置在置物台3的周围；
所述的运动轨道2上至少包含三个磁体组件10，多个磁体组件10产生的磁场相互重合形成组合磁场，共同作用于置物台3上方位置；
所述的磁体1包括磁体固定壳11和设置在磁体固定壳11内部的电磁线圈12；
所述的电磁线圈12包括两个相互串联的螺旋线圈，且两个线圈的螺旋方向相同设置；
所述的磁体固定壳11成长方体状，内部设有空腔111；
所述的电磁线圈12设置在空腔111中；
所述的电磁线圈12的直径方向与磁体固定壳11的顶面和地面相互平行设置；
所述的磁体固定壳11上设有位姿控制装置13；
所述的位姿控制装置13包括位姿旋转轴131、位姿控制电机132和位姿控制支架133；
所述的位姿旋转轴131设置在磁体固定壳11的中部的两侧；
所述的位姿旋转轴131的轴线位置位于电磁线圈12的两个螺旋线圈的中间位置；
所述的位姿旋转轴131与两个螺旋线圈的中轴线相互垂直设置；
所述的位姿控制支架133呈倒置的槽型，位姿控制支架133的一侧侧面上设有位姿旋转轴绞支座1331；
所述的位姿旋转轴131铰接安装在位姿控制支架133两端的位姿旋转轴绞支座1331上；
所述的位姿控制支架133的一端设有位姿控制电机132；
所述的位姿控制电机132固定安装在位姿控制支架133上；
所述的位姿控制电机132的输出轴与位姿旋转轴131经联轴器连接设置；
所述的位姿控制支架133的另一侧面上设有滑块组件134；
所述的滑块组件134与位姿控制支架133固定设置；
所述的滑块组件134的两端设有滑块1341；
所述的滑块1341分别位于位姿旋转轴131的两侧；
所述的滑块组件134上还设有运动控制电机14；
所述的运动控制电机14固定安装在滑块组件134上；
所述的运动控制电机14的输出轴的轴线与位姿旋转轴131的轴线相互平行设置；
所述的运动控制电机14的输出轴上安装有齿轮141；
所述的运动轨道2包括环形外壳21、第一运动轨道22、第二运动轨道23；
所述的环形外壳21呈环形，内部中空，设有运动轨道容纳腔211；
所述的第一运动轨道22、第二运动轨道23固定设置在环形外壳21的内侧壁上；
所述的第一运动轨道22、第二运动轨道23整体呈环形，所述的第一运动轨道22、第二运动轨道23均包括固定环201和轨道环202；
所述的固定环201和轨道环202同心设置、平行设置；
所述的固定环201上设有固定孔，轨道环202外侧设有齿圈203；
所述的第一运动轨道22、第二运动轨道23通过固定环201分别安装在运动轨道容纳腔211的两侧侧壁上，且第一运动轨道22、第二运动轨道23、环形外壳21同心设置；
所述的环形外壳21的运动轨道容纳腔211的两侧侧壁上设有第一导轨24、第二导轨25；
所述的第一导轨24、第二导轨25分别包括设置在两侧侧壁上的导轨槽241；
所述的第一导轨24、第二导轨25同心设置，所述的第一导轨24、第二导轨25与环形外壳21同心设置；
所述的磁体组件10包括第一磁体组件101、第二磁体组件102、第三磁体组件103；
所述的第一磁体组件101、第三磁体组件103的滑块组件134两端的滑块1341与第一导轨24的导轨槽241相互配合设置；
所述的第一磁体组件101、第三磁体组件103运动控制电机14输出轴上的齿轮141与第一运动轨道22的齿圈203相互啮合设置；
所述的第二磁体组件102的滑块组件134两端的滑块1341与第二导轨25的导轨槽241相互配合设置；
所述的第二磁体组件102运动控制电机14输出轴上的齿轮141与第二导轨25的齿圈203相互啮合设置；
所述的置物台3设置在环形外壳21的通孔内侧，与环形外壳21相互固定设置。
使用时，将需要进行磁场治疗或磁场作用的物体放置于置物台上，根据需要指定需要进行磁场作用的点位，根据位置信息第一磁体组件101、第二磁体组件102、第三磁体组件103移动至相应的位置，电磁线圈工作开始进行磁场作用。需要进行全方位扫描时，第一磁体组件101、第二磁体组件102、第三磁体组件103在第一导轨24、第二导轨25上进行移动，第一磁体组件101、第二磁体组件102、第三磁体组件103三个磁体组件在轨道内进行组合运动，运动过程中三个磁体组件形成的组合磁场对置物台上的物体进行全方位扫描，以确保物体的整个断面内都被组合磁场进行作用。
实施例2：一种组合磁场发生装置的使用方法
一种组合磁场发生装置的使用方法，它包括如下步骤：
S01：设定扫描模式，设定扫描的磁场强度和变化模式；
S02：设定扫描区域；
S03：进行磁体组件运动轨迹计算；
S04：进行磁场强度及变化模式与运动轨迹的组合计算；
S05：根据计算后的程序生成控制程序驱动磁体组件运动；
S06：扫描完成后，磁体组件回归零点；
所述的S01步骤中的扫描模式包括：单点扫描模式、多点组合扫描模式、全面扫描模式；
所述的单点扫描模式为对物体的指定位置的一定面积区域进行磁场扫描；
所述的多点组合扫描模式为对物体的多个单点按照一定的顺序进行磁场扫描；
所述的全面扫描模式为对物体的整个截面区域进行磁场扫描；
所述的S02步骤中所述的扫描区域为圆形、矩形、多边形等规则图形形状；
所述的S02步骤中包括：
S021：以环形外壳21的中心点为坐标原点，建立扫描区域的球坐标系，在坐标系中标定第一运动轨道、第二运动轨道的位置；
S022：输入扫描区域的中心点坐标；
S023：输入扫描区域的边缘关键点坐标；
所述的S03步骤中包括：
S031；计算与扫描区域的中心点距离最近的第一运动轨道、第二运动轨道上的点；
S032：根据磁体组件的尺寸计算出与最近点相邻的两点；
S033：将最近点设置为第二磁体组件工作点，将相邻的两点设置为第一磁体组件101、第三磁体组件103工作点；
S034；根据扫描区域的中心点和第一磁体组件101、第三磁体组件103工作点的坐标，计算磁体组件的位姿旋转角度；
S035：设定扫描区域的中心点坐标为扫面起始点，根据扫描区域规划计算磁体组件的扫描路径；
所述的S04：步骤中包括：
S041：计算扫描区域的中心点及扫描路径上的关键点坐标与磁体组件的直线距离；
S042：根据设定的磁场强度，计算各个磁体组件在需要在指定的距离处的产生的磁场强度,得出磁体组件在指定坐标点上的磁场强度；
S043：根据计算出的磁场强度计算出磁体组件的电流和电压参数；
S044：将与磁场强度相关的电流和电压参数与指定坐标点的坐标值进行对应储存，生成控制程序。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种组合磁场发生装置，其特征在于：它包括：磁体组件(10)、运动轨道(2)、置物台(3)；所述的磁体组件(10)内部设有磁体(1)；所述的磁体组件(10)安装在运动轨道(2)上，运动轨道(2)设置在置物台(3)的周围；所述的运动轨道(2)上至少包含三个磁体组件(10)，多个磁体组件(10)产生的磁场相互重合形成组合磁场，共同作用于置物台(3)上方位置；所述的运动轨道(2)包括环形外壳(21)和设置在环形外壳(21)的内侧壁上的第一运动轨道(22)、第二运动轨道(23)；所述的第一运动轨道(22)、第二运动轨道(23)整体呈环形，所述的第一运动轨道(22)、第二运动轨道(23)均包括相互固定设置的固定环(201)和设有齿圈(203)的轨道环(202)；所述的环形外壳(21)的内侧壁上设有第一导轨(24)、第二导轨(25)；所述的第一导轨(24)、第二导轨(25)分别包括设置在两侧侧壁上的导轨槽(241)；所述的第一运动轨道(22)、第二运动轨道(23)、第一导轨(24)、第二导轨(25)与环形外壳(21)同心设置。
2.根据权利要求1所述的一种组合磁场发生装置，其特征在于：所述的磁体(1)包括磁体固定壳(11)和设置在磁体固定壳(11)内部的电磁线圈(12)；所述的电磁线圈(12)包括两个相互串联的螺旋线圈，且两个线圈的螺旋方向相同设置；所述的电磁线圈(12)的两个螺旋线圈整体成V形设置。
3.根据权利要求2所述的一种组合磁场发生装置，其特征在于：所述的磁体固定壳(11)上设有位姿控制装置(13)；所述的位姿控制装置(13)包括位姿旋转轴(131)、位姿控制电机(132)和位姿控制支架(133)；所述的位姿旋转轴(131)设置在磁体固定壳(11)的中部的两侧；所述的位姿旋转轴(131)铰接安装在位姿控制支架(133)两端的位姿旋转轴绞支座(1331)上；所述的位姿控制支架(133)的一端固定安装有位姿控制电机(132)；所述的位姿控制电机(132)的输出轴与位姿旋转轴(131)经联轴器连接设置。
4.根据权利要求3所述的一种组合磁场发生装置，其特征在于：所述的位姿旋转轴(131)的轴线位置位于电磁线圈(12)的两个螺旋线圈的中间位置；所述的位姿旋转轴(131)与两个螺旋线圈的中轴线相互垂直设置。
5.根据权利要求4所述的一种组合磁场发生装置，其特征在于：所述的位姿控制支架(133)的另一侧面上设有滑块组件(134)；所述的滑块组件(134)的包括分别位于位姿旋转轴(131)的两侧的滑块(1341)。
6.根据权利要求5所述的一种组合磁场发生装置，其特征在于：所述的滑块组件(134)上还设有运动控制电机(14)；所述的运动控制电机(14)固定安装在滑块组件(134)上；所述的运动控制电机(14)的输出轴的轴线与位姿旋转轴(131)的轴线相互平行设置；所述的运动控制电机(14)的输出轴上安装有齿轮(141)。
7.根据权利要求6所述的一种组合磁场发生装置，其特征在于：所述的磁体组件(10)包括第一磁体组件(101)、第二磁体组件(102)、第三磁体组件(103)；所述的第一磁体组件(101)、第三磁体组件(103)的滑块组件(134)两端的滑块(1341)与第一导轨(24)的导轨槽(241)相互配合设置；所述的第一磁体组件(101)、第三磁体组件(103)运动控制电机(14)输出轴上的齿轮(141)与第一运动轨道(22)的齿圈(203)相互啮合设置；所述的第二磁体组件(102)的滑块组件(134)两端的滑块(1341)与第二导轨(25)的导轨槽(241)相互配合设置；所述的第二磁体组件(102)运动控制电机(14)输出轴上的齿轮(141)与第二导轨(25)的齿圈(203)相互啮合设置；所述的置物台(3)设置在环形外壳(21)的通孔内侧，与环形外壳(21)相互固定设置。
8.一种组合磁场发生装置的使用方法，其特征在于：它包括如下步骤：
S01：设定扫描模式，设定扫描的磁场强度和变化模式；
S02：设定扫描区域；
S03：进行磁体组件运动轨迹计算；
S04：进行磁场强度及变化模式与运动轨迹的组合计算；
S05：根据计算后的程序生成控制程序驱动磁体组件运动；
S06：扫描完成后，磁体组件回归零点；
所述的S01步骤中的扫描模式包括：单点扫描模式、多点组合扫描模式、全面扫描模式；所述的单点扫描模式为对物体的指定位置的一定面积区域进行磁场扫描；所述的多点组合扫描模式为对物体的多个单点按照一定的顺序进行磁场扫描；所述的全面扫描模式为对物体的整个截面区域进行磁场扫描；
所述的S02步骤中包括：
S021：以环形外壳(21)的中心点为坐标原点，建立扫描区域的球坐标系，在坐标系中标定第一运动轨道、第二运动轨道的位置；
S022：输入扫描区域的中心点坐标；
S023：输入扫描区域的边缘关键点坐标。
9.根据权利要求8所述的一种组合磁场发生装置的使用方法，其特征在于：所述的S03步骤中包括：
S031：计算与扫描区域的中心点距离最近的第一运动轨道、第二运动轨道上的点；
S032：根据磁体组件的尺寸计算出与最近点相邻的两点；
S033：将最近点设置为第二磁体组件工作点，将相邻的两点设置为第一磁体组件(101)、第三磁体组件(103)工作点；
S034：根据扫描区域的中心点和第一磁体组件(101)、第三磁体组件(103)工作点的坐标，计算磁体组件的位姿旋转角度；
S035：设定扫描区域的中心点坐标为扫面起始点，根据扫描区域规划计算磁体组件的扫描路径。
10.根据权利要求9所述的一种组合磁场发生装置的使用方法，其特征在于：所述的S04：步骤中包括：
S041：计算扫描区域的中心点及扫描路径上的关键点坐标与磁体组件的直线距离；
S042：根据设定的磁场强度，计算各个磁体组件在需要在指定的距离处的产生的磁场强度,得出磁体组件在指定坐标点上的磁场强度；
S043：根据计算出的磁场强度计算出磁体组件的电流和电压参数；
S044：将与磁场强度相关的电流和电压参数与指定坐标点的坐标值进行对应储存，生成控制程序。
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