CN113712669B - 一种三维无线磁性机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维无线磁性机器人及控制方法。刚性头顶部固定有柔性握爪，刚性头外表面和内部分布有第一磁粉，外握爪和内握爪根部固定在柔性底座的端面上，外握爪和内握爪之间相互重叠，由两个外握爪和两个内握爪围成的空间内放置药物；在自然状态下，外握爪和内握爪头部的头部均向中心柔性弯曲，使得在外握爪和内握爪的头部形成封闭而包裹住药物，从而柔性握爪形成闭合状态；外握爪和内握爪的外表面和内部均分布有第二磁粉。本发明可以实现药物密闭输送，并且所采用的柔性结构，提高了安全性；本发明仅利用外部磁场就能实现机器人准确、复杂、快速且独立的移动或操控，可作为一种高效、精准的作业工具。

Description

一种三维无线磁性机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及一种磁性机器人，具体涉及一种三维无线磁性机器人及控制方法。

背景技术

根据世界卫生组织的报告，全世界每年大约有1500万人患中风。其中500万人因此而亡，另外500万人则永久性残疾。85％的病例表明，导致中风的主要原因是血管的阻塞阻断了大脑的血液供应。研究人员发现，血栓溶解药物对存在于大脑较大动脉中的血栓来说是无效的，对于这种情况，机械血栓切除术是现有常见的治疗方法，即用机械的方法将血栓从一个导向导管中拉出。

随着新的能量供给方式、驱动控制方式以及微电子等领域的发展，体内微型医疗机器人技术无疑是最具应用潜力的选择，这种微型机器人可远程控制、实时跟踪，能在外部场的作用下全方位转向与航行，以清除血栓、定向输送药物等。常见的是一种基于磁性水凝胶的二维微型抓手，可以使用磁场对其进行无线操作。该设备在直流磁场的驱动下可以在液体中自由移动，并通过交流磁场执行抓握运动。此外，结合磁性颗粒和对温度、pH值(酸碱度)敏感的特殊材料来制备微型机器人也是近几年较为流行的做法。该机器人可以通过外部磁场来实现直线路径上的简单平移，并且可以通过溶液pH变化或温度变化来触发抓握运动。

现有的机械血栓切除术虽然切除效果良好，但其存在着血管破裂和突然关闭的风险。对于双爪式的二维平面结构磁性微型机器人，存在着抓取不牢靠、血栓清除效率低的问题。同时，结合磁性颗粒和特殊材料来制备的微型机器人虽然同时满足了移动和抓握运动的要求，但仍然存在着下述的一些问题：

1)缺少精确而复杂的移动，例如直径为0.5mm的复杂圆形曲线路径。

2)上述其他刺激响应需要特殊的环境特性，例如特定的PH值或温度值。

3)触发抓握力的反应非常缓慢，通常需要几分钟或更长时间。

此外，目前已有的用于血栓清除的微型机器人大多没有药物输送功能，或是用于药物输送的微型机器人没有血栓清除功能，无法做到两者结合，给清除血管血栓的后续伤口治疗带来了极大的不便，且降低了手术效率和安全性。

发明内容

本发明采用的三维无线磁性机器人恰恰能解决上述难题。不同于上述二维双爪式微型机器人，本发明为三维章鱼形结构微型机器人，该结构由可移动的磁铁作为刚性头，四个抓握的磁铁作为柔性握爪组成。握爪进行抓握时相互交错，形成较大的剪切力，以解决抓取不牢靠、血栓清除效率低的问题。同时也会形成密闭空间，将药物包裹在握爪内部，实现血栓清除和药物输送两者功能相结合。此外，因微型机器人为柔性结构，可减小血管破裂和突然关闭的风险。

针对需磁场和其它刺激响应微型机器人所带来的问题，本发明仅利用外部均匀和线性渐变磁场就能实现准确、复杂、快速且独立的移动或操控(包括在直线路径或弯曲路径中平移、旋转和抓握)，它可作为一种可高效地从大脑血管中清除血栓的微创工具。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一、一种三维无线磁性机器人：

本发明包括刚性头和柔性握爪，刚性头顶部固定有柔性握爪；所述的刚性头外表面和内部固定分布有第一磁粉，刚性头一端面开设有凹孔作为安装孔，安装孔内嵌装有柔性握爪；柔性握爪整体呈子弹头形状，柔性握爪包括两个外握爪、两个内握爪和柔性底座，柔性底座嵌装在安装孔，外握爪和内握爪主体呈片状，外握爪和内握爪根部固定在柔性底座的端面上，两个内握爪相对称间隔布置，两个内握爪的两侧之间均留有间隙而形成两个间隙，两个外握爪位于两个内握爪外侧，且布置覆盖于两个内握爪之间的两个间隙处，外握爪和内握爪之间相互重叠，由两个外握爪和两个内握爪围成的相对封闭的空间内放置药物；外握爪和内握爪头部的外边缘之间相互重叠覆盖，在自然状态下，外握爪和内握爪的头部均向中心柔性弯曲，且外握爪和内握爪在向中心弯曲处也相互重叠覆盖，使得在外握爪和内握爪的头部形成封闭而包裹住药物，从而柔性握爪形成闭合状态；外握爪和内握爪的外表面和内部均固定分布有第二磁粉，从而外握爪与内握爪相配合实现全封闭结构，柔性握爪的内部包裹治疗药物。

所述的外握爪和内握爪主体呈截面为圆弧形的片状，两个内握爪的根部沿周向间隔对称地布置在柔性底座的两侧且具有同一圆心，两个外握爪对称布置在两个内握爪外周围的柔性底座的两侧且具有同一圆心，两个外握爪覆盖两个内握爪之间的两个间隙。

所述的刚性头主要由刚性聚合物和第一磁粉制成，所述的柔性握爪主要由软性聚合物和第二磁粉制成，故刚性头具有刚性，柔性握爪具有柔韧性。

所述的第一磁粉和第二磁粉为可磁化钕铁硼NdFeB微粒，可磁化钕铁硼NdFeB微粒剩磁较大，可形成较大的剪切力以清除血栓。

所述的第一磁粉在刚性头的外表面和内部上均匀分布，所述的第二磁粉在外握爪头部的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉在外握爪体部的外表面和内部上均匀分布，所述的内握爪的头部开设有扇形切口，第二磁粉在内握爪头部的扇形切口处的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉在内握爪除扇形切口部分的头部的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉在内握爪体部的外表面和内部上均匀分布；

第一磁粉在刚性头上均匀分布的密度比第二磁粉在内握爪头部的扇形切口处均匀分布的密度大，第二磁粉在内握爪头部的扇形切口处均匀分布的密度比第二磁粉在内握爪除扇形切口部分的头部均匀分布的密度大，第二磁粉在内握爪除扇形切口部分的头部均匀分布的密度与第二磁粉在外握爪头部均匀分布的密度相同，第二磁粉在内握爪除扇形切口部分的头部均匀分布的密度比第二磁粉在内握爪体部均匀分布的密度大，第二磁粉在内握爪体部均匀分布的密度与第二磁粉在外握爪体部均匀分布的密度相同，故刚性头具有强磁性能，内握爪头部的扇形切口处具有较强磁性能，柔性握爪除扇形切口处的头部具有较弱磁性能，柔性握爪的体部具有弱磁性能。

所述的第一磁粉和第二磁粉预先在机器人呈展开状态时进行充磁磁化，所有所述刚性头表面和内部的第一磁粉的磁化方向均沿自身所在刚性头表面处的切线方向设置，且切线方向朝向柔性握爪头部；所有所述第二磁粉的磁化方向均沿自身所在柔性握爪表面和内部处的切线方向设置，且切线方向朝向柔性握爪头部。

二、一种三维无线磁性机器人的控制方法：

在实际工作过程中，机器人的控制方法包括以下步骤：将药物密封包裹放入正常运作的机器人的由外握爪和内握爪围成的空间中；将机器人输送至流体环境中，具体实施中，所述的流体环境可以为人体心脏血管，但不限于此；在流体环境中施加磁场，通过磁场与机器人中刚性头的第一磁粉、柔性握爪的第二磁粉进行磁性配合，进而控制机器人在流体环境中的运动，机器人以全包裹状态输送药物，通过改变外部磁场来实现机器人的移动、转动以及柔性握爪的开握，达到药物输送、接近血管中的血栓和清除血栓的效果；

当机器人进行旋转运动时，施加一个沿机器人前进方向的均匀弱磁场，均匀弱磁场的场强沿机器人前进方向保持不变；机器人前进方向与第一磁粉、第二磁粉的磁化方向不对齐使得控制刚性头旋转；设置柔性握爪的恢复力作为临界值，所述的柔性握爪的恢复力是指外握爪和内握爪的头部保持向中心柔性弯曲状态的弹性力，柔性握爪的第二磁粉所受均匀弱磁场的磁力均小于临界值，由于均匀弱磁场施加到柔性握爪的第二磁粉上的磁力小于柔性握爪的恢复力，使得柔性握爪呈闭合状态且保持；由此机器人在受均匀弱磁场的作用下沿着机器人前进方向作旋转运动；

当机器人进行直线运动时，施加一个沿机器人前进方向的线性渐变磁场，线性渐变磁场的场强沿机器人前进方向逐渐增大；机器人前进方向与第一磁粉、第二磁粉的磁化方向对齐，使得控制刚性头不旋转；设置柔性握爪的恢复力作为临界值，柔性握爪各处的第二磁粉所受线性渐变磁场的磁力均小于临界值，由于线性渐变磁场施加到柔性握爪的第二磁粉上的磁力小于柔性握爪的恢复力，使得柔性握爪呈闭合状态且保持；由此机器人在受线性渐变磁场的作用下沿着机器人前进方向作平移直线移动；

当机器人进行展开运动时，施加一个沿机器人前进方向的均匀强磁场，均匀强磁场的场强沿机器人前进方向保持不变；机器人前进方向与第一磁粉、第二磁粉的磁化方向对齐使得控制刚性头不旋转；设置柔性握爪的恢复力作为临界值，柔性握爪的第二磁粉所受均匀强磁场的磁力均大于临界值，由于均匀强磁场施加到柔性握爪的第二磁粉上的磁力大于柔性握爪的恢复力，使得柔性握爪头部呈展开状态且保持；由此机器人在受均匀强磁场的作用下展开而释放其中包裹的药物。

所述的均匀强磁场和均匀弱磁场均通过亥姆霍兹线圈Helmholtz coil实现，均匀强磁场产生的磁力高于均匀弱磁场产生的磁力，所述的线性渐变磁场通过麦克斯韦线圈Maxwell coil实现。

所述的柔性握爪外表面和内部上的所有的第二磁粉受到均匀强磁场施加的磁力作用，所述的均匀强磁场的磁力大于临界值，使得所有的第二磁粉的磁化方向有与均匀强磁场的磁场方向对齐的趋势，使得柔性握爪的头部呈展开状态。

所述的刚性头和柔性握爪的外表面均覆有生物打印水凝胶皮肤，由于钕铁硼NdFeB磁性颗粒对生物组织有毒，覆盖的皮肤可以使机器人与人之间的交互更为安全，同时，该水凝胶皮肤由于其高含水量可有效地降低表面摩擦。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明能高效、精准地实现人体血管的血栓清除和药物治疗一体化，并减小了血管破裂和突然关闭的风险，提高了手术效率和安全性。

附图说明

图1为本发明设计的磁性机器人总体图；

图2为本发明设计的磁性机器人在人体血管内部的工作示意图；

图3为本发明设计的磁性机器人的具体子特征示意图；

图4为本发明设计的磁性机器人的柔性握爪的子特征爆炸图(磁粉隐藏)及握爪头部的局部放大透视图；

图5为本发明设计的磁性机器人在磁场作用下的变形图；

图6为本发明设计的磁性机器人工作原理图；

图中：1、刚性头，11、第一磁粉，12、安装孔，2、柔性握爪，21、第二磁粉，22、外握爪，23、内握爪，24、柔性底座，25、扇形切口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1、图3和图4所示，包括刚性头1和柔性握爪2，刚性头1顶部固定有柔性握爪2；所述的刚性头1外表面和内部固定分布有第一磁粉11，刚性头1主要由刚性聚合物和第一磁粉11制成，故刚性头1具有刚性，刚性头1一端面开设有凹孔作为安装孔12，安装孔12内嵌装有柔性握爪2；柔性握爪2整体呈子弹头形状，柔性握爪2包括两个外握爪22、两个内握爪23和柔性底座24，柔性底座24嵌装在安装孔12，外握爪22和内握爪23主体呈截面为圆弧形的片状，两个内握爪23的底部沿周向间隔对称地布置在柔性底座24的两侧且具有同一圆心，两个外握爪22对称布置在两个内握爪23外周围的柔性底座24的两侧且具有同一圆心，两个外握爪22覆盖两个内握爪23之间的两个间隙，外握爪22和内握爪23根部固定在柔性底座24的端面上，两个内握爪23相对称间隔布置，两个内握爪23的两侧之间均留有间隙而形成两个间隙，两个外握爪22位于两个内握爪23外侧，且布置覆盖于两个内握爪23之间的两个间隙处，外握爪22和内握爪23之间相互重叠，由两个外握爪22和两个内握爪23围成的相对封闭的空间内放置药物；外握爪22和内握爪23在片状的外边缘之间相互重叠覆盖，在自然状态下，外握爪22和内握爪23的头部均向中心柔性弯曲，且外握爪22和内握爪23在向中心弯曲处也相互重叠覆盖，使得在外握爪22和内握爪23的头部形成封闭而包裹住药物，从而柔性握爪2形成闭合状态；外握爪22和内握爪23的外表面和内部均固定分布有第二磁粉21，柔性握爪2主要由软性聚合物和第二磁粉21制成，柔性握爪2具有柔韧性；从而外握爪22与内握爪23相配合实现全封闭结构，柔性握爪2的内部包裹治疗药物；

第一磁粉11和第二磁粉21为可磁化钕铁硼NdFeB微粒，可磁化钕铁硼NdFeB微粒剩磁较大，在外磁场作用下柔性握爪2可形成较大的剪切力以清除血栓；第一磁粉11在刚性头1的外表面和内部上均匀分布，所述的第二磁粉21在外握爪22头部的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉21在外握爪22体部的外表面和内部上均匀分布，所述的内握爪23的头部开设有扇形切口25，第二磁粉21在内握爪23头部的扇形切口25处的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉在内握爪23除扇形切口25部分的头部的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉在内握爪23体部的外表面和内部上均匀分布；第一磁粉11在刚性头1均匀分布的密度比第二磁粉21在内握爪23头部的扇形切口25处均匀分布的密度大，第二磁粉21在内握爪23头部的扇形切口25处均匀分布的密度比第二磁粉在内握爪23除扇形切口25部分的头部均匀分布的密度大，第二磁粉在内握爪23除扇形切口25部分的头部均匀分布的密度与第二磁粉21在外握爪22头部均匀分布的密度相同，第二磁粉在内握爪23除扇形切口25部分的头部均匀分布的密度比第二磁粉在内握爪23体部均匀分布的密度大，第二磁粉在内握爪23体部均匀分布的密度与第二磁粉21在外握爪22体部均匀分布的密度相同，故刚性头1具有强磁性能，内握爪23头部的扇形切口25处具有较强磁性能，柔性握爪2除扇形切口25处的头部具有较弱磁性能，柔性握爪2的体部具有弱磁性能；所述的第一磁粉11和第二磁粉21预先在机器人呈展开状态时进行充磁磁化，所有所述刚性头1表面和内部的第一磁粉11的磁化方向均沿自身所在刚性头1表面处的切线方向设置，且切线方向朝向柔性握爪2头部；所有所述第二磁粉21的磁化方向均沿自身所在柔性握爪2表面和内部处的切线方向设置，且切线方向朝向柔性握爪2头部；刚性头1和柔性握爪2的外表面均覆有生物打印水凝胶皮肤，由于钕铁硼NdFeB磁性颗粒对生物组织有毒，覆盖的皮肤可以使机器人与人之间的交互更为安全，同时，该水凝胶皮肤由于其高含水量可有效地降低表面摩擦。

如图2所示，为本发明设计的磁性机器人在人体血管内部的工作示意图，在实际工作过程中，方法包括以下步骤：将药物密封包裹放入正常运作的机器人的由外握爪22和内握爪23围成的空间中；将机器人输送至流体环境中，具体实施中，所述的流体环境可以为人体心脏血管，但不限于此；在流体环境中施加磁场，通过磁场与机器人中刚性头1的第一磁粉11、柔性握爪2的第二磁粉21进行磁性配合，进而控制机器人在流体环境中的运动，机器人以全包裹状态输送药物；在血栓附近的流体环境中改变外部磁场来实现机器人的移动、转动，外握爪22和内握爪23展开，释放药物，并通过磁场使展开后的内握爪23头部的扇形切口25与血栓接触；在血栓处的流体环境中变换磁场，外握爪(22)和内握爪23闭合，通过扇形切口25的剪切运动切除血栓；变换磁场以实现多次重复的柔性握爪(2)的开握动作，直至血栓被内握爪23头部的扇形切口25完全清除。

如图5所示，为本发明设计的磁性机器人在磁场作用下的变形图，B1和B2分别为刚性头和柔性握爪的磁感应强度，B1的方向为第一磁粉11的磁化方向，B2的方向为第二磁粉21的磁化方向，当柔性握爪2外表面和内部上的所有的第二磁粉21受到均匀强磁场施加的磁力作用，所述的均匀强磁场的磁力大于临界值，使得所有的第二磁粉21的磁化方向有与均匀强磁场的磁场方向对齐的趋势并展开运动，使得柔性握爪2的头部呈展开状态。

如图6所示，为本发明设计的磁性机器人工作原理图，当机器人进行旋转运动时，施加一个沿机器人前进方向的均匀弱磁场，均匀弱磁场的场强沿机器人前进方向保持不变；机器人前进方向与第一磁粉11、第二磁粉21的磁化方向不对齐使得控制刚性头1旋转；设置柔性握爪2的恢复力作为临界值，所述的柔性握爪2的恢复力是指外握爪22内握爪23的头部保持向中心柔性弯曲状态的弹性力，柔性握爪2的第二磁粉21所受均匀弱磁场的磁力均小于临界值，由于均匀弱磁场施加到柔性握爪2的第二磁粉21上的磁力小于柔性握爪2的恢复力，使得柔性握爪2呈闭合状态且保持；由此机器人在受均匀弱磁场的作用下沿着机器人前进方向作旋转运动；

当机器人进行直线运动时，施加一个沿机器人前进方向的线性渐变磁场，线性渐变磁场的场强沿机器人前进方向逐渐增大；机器人前进方向与第一磁粉11、第二磁粉21的磁化方向对齐，使得控制刚性头1不旋转；设置柔性握爪2的恢复力作为临界值，柔性握爪2各处的第二磁粉21所受线性渐变磁场的磁力均小于临界值，由于线性渐变磁场施加到柔性握爪2的第二磁粉21上的磁力小于柔性握爪2的恢复力，使得柔性握爪2呈闭合状态且保持；由此机器人在受线性渐变磁场的作用下沿着机器人前进方向作平移直线移动；

当机器人进行展开运动时，施加一个沿机器人前进方向的均匀强磁场，均匀强磁场的场强沿机器人前进方向保持不变；机器人前进方向与第一磁粉11、第二磁粉21的磁化方向对齐使得控制刚性头1不旋转；设置柔性握爪2的恢复力作为临界值，柔性握爪2的第二磁粉21所受均匀强磁场的磁力均大于临界值，由于均匀强磁场施加到柔性握爪2的第二磁粉21上的磁力大于柔性握爪2的恢复力，使得柔性握爪2头部呈展开状态且保持；由此机器人在受均匀强磁场的作用下展开而释放其中包裹的药物；均匀强磁场和均匀弱磁场均通过亥姆霍兹线圈Helmholtz coil实现，均匀强磁场产生的磁力高于均匀弱磁场产生的磁力，线性渐变磁场通过麦克斯韦线圈Maxwell coil实现。

本发明可以解决抓取不牢靠、血栓清除效率低的问题，同时也会形成密闭空间，将药物包裹在握爪内部，实现血栓清除和药物输送两者功能相结合；此外，因微型机器人为柔性结构，可减小血管破裂和突然关闭的风险，提高了手术效率和安全性，并且本发明仅利用外部均匀和线性渐变磁场就能实现准确、复杂、快速且独立的移动或操控，使得机器人可作为一种可高效地从大脑血管中清除血栓的微创工具。

具体实施例：

机器人进入存在血栓的人体心脏血管中，施加一个沿机器人前进方向的线性渐变磁场，柔性握爪2保持闭合状态，线性渐变磁场方向与机器人磁化方向相同，机器人朝着磁场方向作平移直线移动，当机器人遇到血管拐弯处，外部施加一个均匀弱磁场，均匀弱磁场与线性渐变磁场方向一致，通过同时改变两个磁场的方向使得机器人做旋转前进运动直至通过拐弯处，撤去均匀弱磁场，机器人继续朝着线性渐变磁场方向作平移直线移动；若只需做旋转运动，只需先撤去线性渐变磁场，同时施加一个朝向目标方向的均匀弱磁场，使得机器人仅做旋转运动直至朝向目标方向，此时撤去均匀弱磁场，同时施加朝向目标方向的线性渐变磁场，机器人朝着磁场方向作平移直线移动；这个过程中，柔性握爪2受到的磁力始终小于其恢复力，故始终保持闭合状态；当机器人靠近血栓时，外部施加一个磁力大于临界值的均匀强磁场，均匀强磁场与线性渐变磁场方向一致，此时，柔性握爪2受到的磁力大于其恢复力，柔性握爪2张开，释放治疗药物，扇形切口25靠近血栓，通过改变均匀强磁场的磁场强度的大小改变磁力，使得柔性握爪2不断张握，扇形切口25形成剪切力剪切血栓，直至血栓被完全切除；

当血栓处于血管拐弯处，机器人靠近血栓，外部施加一个磁力大于临界值的均匀强磁场，均匀强磁场与线性渐变磁场方向一致，通过同时改变两个磁场的方向使得机器人做旋转前进运动，此时，机器人的柔性握爪2不断张握，释放治疗药物，并旋转前进，扇形切口25形成剪切力剪切血栓，直至血栓被完全切除。

Claims (8)

1.一种三维无线磁性机器人，其特征在于：包括刚性头（1）和柔性握爪（2），刚性头（1）顶部固定有柔性握爪（2）；所述的刚性头（1）外表面和内部均固定分布有第一磁粉（11），刚性头（1）一端面开设有凹孔作为安装孔（12），安装孔（12）内嵌装有柔性握爪（2）；柔性握爪（2）整体呈子弹头形状，柔性握爪（2）包括两个外握爪（22）、两个内握爪（23）和柔性底座（24），柔性底座（24）嵌装在安装孔（12），外握爪（22）和内握爪（23）主体呈片状，外握爪（22）和内握爪（23）根部固定在柔性底座（24）的端面上，两个内握爪（23）相对称间隔布置，两个内握爪（23）的两侧之间均留有间隙而形成两个间隙，两个外握爪（22）位于两个内握爪（23）外侧，且布置覆盖于两个内握爪（23）之间的两个间隙处，外握爪（22）和内握爪（23）之间相互重叠，由两个外握爪（22）和两个内握爪（23）围成的空间内放置药物；在自然状态下，外握爪（22）和内握爪（23）的头部均向中心柔性弯曲，使得在外握爪（22）和内握爪（23）的头部形成封闭而包裹住药物，从而柔性握爪（2）形成闭合状态；外握爪（22）和内握爪（23）的外表面和内部均固定分布有第二磁粉（21）；

所述的第一磁粉（11）在刚性头（1）的外表面和内部上均匀分布，所述的第二磁粉（21）在外握爪（22）头部的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉（21）在外握爪（22）体部的外表面和内部上均匀分布，所述的内握爪（23）的头部开设有扇形切口（25），第二磁粉（21）在内握爪（23）头部的扇形切口（25）处的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉在内握爪（23）除扇形切口（25）部分的头部的外表面和内部上均匀分布，第二磁粉在内握爪（23）体部的外表面和内部上均匀分布；

第一磁粉（11）在刚性头（1）上均匀分布的密度比第二磁粉（21）在内握爪（23）头部的扇形切口（25）处均匀分布的密度大，第二磁粉（21）在内握爪（23）头部的扇形切口（25）处均匀分布的密度比第二磁粉在内握爪（23）除扇形切口（25）部分的头部均匀分布的密度大，第二磁粉在内握爪（23）除扇形切口（25）部分的头部均匀分布的密度与第二磁粉（21）在外握爪（22）头部均匀分布的密度相同，第二磁粉在内握爪（23）除扇形切口（25）部分的头部均匀分布的密度比第二磁粉在内握爪（23）体部均匀分布的密度大，第二磁粉在内握爪（23）体部均匀分布的密度与第二磁粉（21）在外握爪（22）体部均匀分布的密度相同。

2.根据权利要求1所述的一种三维无线磁性机器人，其特征在于：所述的外握爪（22）和内握爪（23）主体呈截面为圆弧形的片状，两个内握爪（23）的根部沿周向间隔对称地布置在柔性底座（24）的两侧且具有同一圆心，两个外握爪（22）对称布置在两个内握爪（23）外周围的柔性底座（24）的两侧且具有同一圆心，两个外握爪（22）覆盖两个内握爪（23）之间的两个间隙。

3.根据权利要求1所述的一种三维无线磁性机器人，其特征在于：所述的刚性头（1）主要由刚性聚合物和第一磁粉（11）制成，所述的柔性握爪（2）主要由软性聚合物和第二磁粉（21）制成。

4.根据权利要求1所述的一种三维无线磁性机器人，其特征在于：

所述的第一磁粉（11）和第二磁粉（21）为可磁化钕铁硼NdFeB微粒。

5.根据权利要求1所述的一种三维无线磁性机器人，其特征在于：

所述的第一磁粉（11）和第二磁粉（21）预先在机器人呈展开状态时进行充磁磁化，所有所述刚性头（1）表面和内部的第一磁粉（11）的磁化方向均沿自身所在刚性头（1）表面处的切线方向设置，且切线方向朝向柔性握爪（2）头部；所有所述第二磁粉（21）的磁化方向均沿自身所在柔性握爪（2）表面和内部处的切线方向设置，且切线方向朝向柔性握爪（2）头部。

6.应用于权利要求1-5所述的一种三维无线磁性机器人的控制方法，其特征在于：

在实际工作过程中，方法包括以下步骤：

步骤1)：将药物密封包裹放入正常运作的机器人的由外握爪（22）和内握爪（23）围成的空间中；

步骤2)：将机器人输送至流体环境中；

步骤3)：在流体环境中施加磁场，通过磁场与机器人中刚性头（1）的第一磁粉（11）、柔性握爪（2）的第二磁粉（21）进行磁性配合，进而控制机器人在流体环境中的运动；

所述的步骤3)中：

当机器人进行旋转运动时，施加一个沿机器人前进方向的均匀弱磁场，均匀弱磁场的场强沿机器人前进方向保持不变；机器人前进方向与第一磁粉（11）、第二磁粉（21）的磁化方向不对齐使得控制刚性头（1）旋转；设置柔性握爪（2）的恢复力作为临界值，柔性握爪（2）的第二磁粉（21）所受均匀弱磁场的磁力均小于临界值，使得柔性握爪（2）呈闭合状态且保持；由此机器人在受均匀弱磁场的作用下沿着机器人前进方向作旋转运动；

当机器人进行直线运动时，施加一个沿机器人前进方向的线性渐变磁场，线性渐变磁场的场强沿机器人前进方向逐渐增大；机器人前进方向与第一磁粉（11）、第二磁粉（21）的磁化方向对齐，使得控制刚性头（1）不旋转；设置柔性握爪（2）的恢复力作为临界值，柔性握爪（2）各处的第二磁粉（21）所受线性渐变磁场的磁力均小于临界值，使得柔性握爪（2）呈闭合状态且保持；由此机器人在受线性渐变磁场的作用下沿着机器人前进方向作平移直线移动。

7.根据权利要求6所述的一种控制方法，其特征在于：

所述的均匀强磁场和均匀弱磁场均通过亥姆霍兹线圈Helmholtz coil实现，所述的线性渐变磁场通过麦克斯韦线圈Maxwell coil实现。

8.根据权利要求6所述的一种控制方法，其特征在于：

所述的柔性握爪（2）外表面和内部上的所有的第二磁粉（21）受到均匀强磁场施加的磁力作用，所述的均匀强磁场的磁力大于临界值，使得所有的第二磁粉（21）的磁化方向有与均匀强磁场的磁场方向对齐的趋势，使得柔性握爪（2）的头部呈展开状态。