CN114952785B - 一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统，涉及电磁驱动技术领域，该系统中的微线带阵列包括按照预定排布结构排布形成阵列的若干条微线带，电流驱动电路根据微线带阵列的驱动空间内的待驱动机器人的目标位移、向待驱动机器人对应的局部区域内目标微线带中输出目标电流，就能使得待驱动机器人在各根目标微线带产生的磁驱动力的作用下按照目标位移进行运动；该系统可以实现对多个磁性微纳机器人的独立控制，使得微纳机器人集群中不同的磁性微纳机器人可以按不同的运动模式来运动，磁驱动控制较为灵活，为微纳机器人集群的并行协作提供了思路，尤其适用于高通量执行并行协作任务的场景，如靶向药物运输、生物测定、化学分析等。

Description

一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统

技术领域

本申请涉及电磁驱动技术领域，尤其是一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统。

背景技术

近年来，微纳机器人在微操作领域表现出巨大潜力，引起广泛关注。由于其体积小且不受物理约束，因此被广泛应用于生物、化学、医学等各种领域。

驱动技术是微纳机器人的研究核心，驱动机制包括光、热、声、静电、生物和电磁方法，其中磁驱技术的应用最为广泛。目前使用的微纳机器人多是由永磁或顺磁性材料制成，外部电磁线圈产生的磁场与微纳机器人相互作用从而实现驱动。但是常规的这种驱动方法只能驱动微纳机器人集群中所有微纳机器人都按相同的运动模式来运动，运动模式较为单一，难以满足复杂场景下的功能需要。

发明内容

本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统，本申请的技术方案如下：

一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统，该独立磁驱系统包括待驱动机器人、微线带阵列以及电流驱动电路，待驱动机器人为磁性微纳机器人，微线带阵列包括按照预定排布结构排布形成阵列的若干条微线带，待驱动机器人在微线带阵列的驱动空间内；

电流驱动电路根据待驱动机器人的目标位移、向待驱动机器人对应的目标微线带中输出目标电流，待驱动机器人对应的目标微线带是微线带阵列中位于待驱动机器人当前所在位置的预定范围的局部区域内的微线带，每根目标微线带产生的磁驱动力与目标微线带中通入的目标电流对应，待驱动机器人在各根目标微线带产生的磁驱动力按照各根目标微线带之间的预定排布结构合成得到的总驱动力的作用下按照目标位移进行运动。

其进一步的技术方案为，独立磁驱系统还包括电流采样电路，电流采样电路采样目标微线带的实时电流反馈给电流驱动电路，电流驱动电路根据每根目标微线带的实时电流和目标电流对输出的电流进行闭环控制。

其进一步的技术方案为，电流驱动电路利用PID控制器对输出的电流进行闭环控制，且PID控制器的PID参数通过神经网络整定得到。

其进一步的技术方案为，微线带阵列中包括横向微线带和纵向微线带，横向微线带的线长方向沿着x方向，纵向微线带的线长方向沿着y方向，x方向和y方向在同一个平面上且相互垂直；待驱动机器人沿着z方向磁化且待驱动机器人的N极沿着z方向朝上放置，z方向垂直于x方向和y方向所在平面，x方向、y方向和z方向形成符合右手坐标系的虚拟坐标系；

属于横向微线带的目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向，且磁驱动力在y方向上的朝向与目标电流的电流方向相关，磁驱动力的大小与目标电流的电流大小相关；属于纵向微线带的目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向，且磁驱动力在x方向上的朝向与目标电流的电流方向相关，磁驱动力的大小与目标电流的电流大小相关。

其进一步的技术方案为，当属于横向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着x方向的正方向时，目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向的负方向；当属于横向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着x方向的负方向时，目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向的正方向；

当属于纵向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着y方向的正方向时，目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向的正方向；当属于纵向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着y方向的负方向时，目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向的负方向。

其进一步的技术方案为，属于横向微线带的目标微线带产生的y方向上的磁驱动力

的大小为：

其中，V_r是待驱动机器人的体积，M＝[M_x,M_y,M_z]为待驱动机器人的磁化强度，

表示对函数在各个正交方向上求导数，M_x是待驱动机器人在x方向上的磁化强度，M_y是待驱动机器人在y方向上的磁化强度，M_z是待驱动机器人在z方向上的磁化强度；

表示属于横向微线带的目标微线带在虚拟坐标系的P(x₀,y₀,z₀)处产生的磁通密度，B_x ¹是磁通密度B1在x方向上的分量，

是磁通密度B1在y方向上的分量，B_z ¹是磁通密度B1在z方向上的分量，且有：

其中，μ₀是真空磁导率，I_c为目标电流的电流大小，属于横向微线带的目标微线带的两个端点在虚拟坐标系中的坐标分别为(x₁,a,0)和(x₂,a,0)。

其进一步的技术方案为，属于纵向微线带的目标微线带产生的x方向上的磁驱动力

的大小为：

其中，V_r是待驱动机器人的体积，M＝[M_x,M_y,M_z]为待驱动机器人的磁化强度，

表示对函数在各个正交方向上求导数，M_x是待驱动机器人在x方向上的磁化强度，M_y是待驱动机器人在y方向上的磁化强度，M_z是待驱动机器人在z方向上的磁化强度；

表示属于纵向微线带的目标微线带在虚拟坐标系的P(x₀,y₀,z₀)处产生的磁通密度，

是磁通密度B2在x方向上的分量，

是磁通密度B2在y方向上的分量，

是磁通密度B2在z方向上的分量，且有：

其中，μ₀是真空磁导率，I_c为目标电流的电流大小，属于纵向微线带的目标微线带的两个端点在虚拟坐标系中的坐标分别为(b,y₁,0)和(b,y₂,0)。

其进一步的技术方案为，确定每根目标微线带的目标电流的方法包括：

根据待驱动机器人的目标位移s利用

确定待驱动机器人受到的各根目标微线带产生的总驱动力F，其中F_fric表示待驱动机器人受到的摩擦力，F_drag表示待驱动机器人受到的流体引力，m是待驱动机器人的质量；

对总驱动力F按照各根目标微线带的预定排布结构进行力的分解确定个各根目标微线带的磁驱动力；

根据每根目标微线带的磁驱动力的朝向和大小确定目标微线带的目标电流。

其进一步的技术方案为，微线带阵列包括垂直交叉排布的若干个微线带行和若干个微线带列，每个微线带行分别包括若干个沿着x方向首尾相接排布的横向微线带，各个微线带行依次沿着y方向平行设置且相邻两个微线带行之间间隔预定距离；每个微线带列分别包括若干个沿着y方向首尾相接排布的纵向微线带，各个微线带列依次沿着x方向平行设置且相邻两个微线带列之间间隔预定距离。

其进一步的技术方案为，微线带阵列制作在PCB基板的顶层，电流驱动电路与各个微线带之间的连线布设在PCB基板的顶层以外的各层，每根微线带通过过孔与对应的连线相连。

本申请的有益技术效果是：

本申请公开了一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统，该系统中的微线带阵列可以利用各根微线带在工作空间内产生一系列的局部磁场，从而可以实现对多个磁性微纳机器人的独立控制，使得微纳机器人集群中不同的磁性微纳机器人可以按不同的运动模式来运动，磁驱动控制较为灵活，为微纳机器人集群的并行协作提供了思路，尤其适用于高通量执行并行协作任务的场景，如靶向药物运输、生物测定、化学分析等。

该系统中的电流驱动电路结合PID控制器和BP神经网络可以实现多路高精度电流的调制，提高了该系统的磁驱稳定性和精度。

附图说明

图1是该独立磁驱系统的系统结构框图。

图2是一个实施例中的微线带阵列中的微线带的排布示意图。

图3的(a)是一个实例中纵向微线带在z＝0.2mm处沿x方向的磁场分布的实测图。

图3的(b)是一个实例中纵向微线带在z＝0.2mm处沿x方向的磁场梯度分布的实测图。

图3的(c)是一个实例中纵向微线带在z＝0.2mm处沿x方向的磁力分布的实测图。

图4是一个实例中的微线带阵列与待驱动机器人的相对位置示意图。

图5是一个实例中的微线带阵列中的微线带的目标电流的电流方向与待驱动机器人受到的磁驱动力的朝向的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统，该独立磁驱系统包括待驱动机器人M、微线带阵列以及电流驱动电路。其中，待驱动机器人M为磁性微纳机器人。微线带阵列包括按照预定排布结构排布形成阵列的若干条微线带。

如图2所示，微线带阵列中包括横向微线带和纵向微线带，横向微线带的线长方向沿着x方向，如图2中以带阴影填充结构表示。纵向微线带的线长方向沿着y方向，如图2以无填充结构表示。x方向和y方向在同一个平面上且相互垂直，图2为x方向和y方向所在平面的平面示意图。具体的，如图2所示，微线带阵列包括垂直交叉排布的若干个微线带行和若干个微线带列，每个微线带行分别包括若干个沿着x方向首尾相接排布的横向微线带，各个微线带行依次沿着y方向平行设置且相邻两个微线带行之间间隔预定距离，如图2中横向的一行即为微线带行。每个微线带列分别包括若干个沿着y方向首尾相接排布的纵向微线带，各个微线带列依次沿着x方向平行设置且相邻两个微线带列之间间隔预定距离，如图2中纵向的一列即为微线带列。

在实际应用时，微线带行中每相邻两个横向微线带之间间隔第一距离，且各个微线带行中的横向微线带分别正对。微线带列中每相邻两个纵向微线带之间间隔第二距离，且各个微线带列中的纵向微线带分别正对。每个微线带行位于两个纵向微线带之间，每个微线带列位于两个横向微线带之间。使得微线带阵列中通过正交的微线带行和微线带列构成若干个矩形结构，每个矩形结构由两个横向微线带和纵向微线带构成。

各根微线带的长度可以相等也可以不相等，常用的，微线带阵列中各根微线带的长度均相等。比如在一个实例中，微线带阵列的每根微线带的长度为1mm、宽度为0.254mm，整个微线带阵列一共包含264根微线带，形成的微线带阵列的尺寸为14.048mm×14.048mm。

待驱动机器人M放置在微线带阵列上，待驱动机器人M沿着z方向磁化且待驱动机器人M的N极沿着z方向朝上放置，z方向垂直于x方向和y方向所在平面，x方向、y方向和z方向形成符合右手坐标系的虚拟坐标系，且以x方向和y方向所在平面为z＝0的平面。考虑到静摩擦力F_f，待驱动机器人M需要在微线带阵列的驱动空间内，也即待驱动机器人M位于微线带阵列的xy平面范围内，且待驱动机器人M与微线带阵列之间的z方向的距离不超过距离阈值。当待驱动机器人M在微线带阵列的驱动空间内时，才能保证微线带阵列可以产生足够的磁驱动力驱动待驱动机器人M，且也保证了邻近的微线带产生的磁场不会相互干扰。在一个实例中，纵向微线带在z＝0.2mm处沿x方向的磁场分布B_x、B_z如图3中的(a)所示，B_x是x方向的磁场分量，B_z是z方向的磁场分量。纵向微线带在z＝0.2mm处沿x方向的磁场梯度分布如图3中的(b)所示。纵向微线带在z＝0.2mm处沿x方向的磁力F_X分布如图3中的(c)所示，根据实验数据，在一个实例中取待驱动机器人M与微线带阵列之间的z方向的距离的距离阈值为0.2mm，也即待驱动机器人M的z方向的坐标值在±0.2mm范围内。

电流驱动电路连接微线带阵列的各根微线带以向微线带输出电流以激活微线带，微线带阵列中的每根微线带都可以独立激活，且每根微线带的电流都可以独立调节，在同一个时刻可以激活一根或多根微线带。在一个实施例中，微线带阵列制作在PCB基板的顶层，电流驱动电路与各个微线带之间的连线布设在PCB基板的顶层以外的各层，每根微线带通过过孔与对应的连线相连，从而减小连线对微线带产生的磁场的干扰。比如在一个实例中，PCB基板包括四层，微线带阵列制作在顶层，连线布设在下面三层。在误差范围内，过孔和迹线不会影响工作空间中的磁场。

请参考图1，电流驱动电路包括控制模块、驱动模块和电源模块。电源模块包括12V锂电池和恒压恒流降压电源模组，电源模块调节输出电压为5.1V，最大输出电流为3A提供给驱动模块。控制模块用于整体调控电流驱动电路的功能，在实际实现时，控制模块包括嵌入式系统，在某些实施例中还包括与嵌入式系统相连的计算机，计算机通过MODBUS协议与嵌入式系统通信，通过写保持寄存器向每一个微线带发送控制指令，嵌入式系统通过IIC总线与驱动模块进行通信，只需要两根线就可以控制所有的微线带。

驱动模块受控于控制模块并由电源模块供电，驱动模块包括若干电流驱动板，在一个实例中，微线带阵列包含264根微线带，则驱动模块包含17个电流驱动板，每个驱动板可以输出16路电流，每路电流最大可达1A，共可以输出272路电流，从而满足对每一个微线带的单独控制。每个电流驱动板包括PWM调制单元、电流方向控制单元、电压输出单元以及功率消耗单元，PWM调制单元用于生成PWM信号，控制输出的电压u的大小，可以采用PCA9685PWM调制芯片来实现。电流方向控制单元用于调节H桥臂的导通，控制输出电流的方向，可以采用PCF8575芯片实现。电压输出单元采用TB6612FNG电机驱动芯片，每个芯片内部有两个H桥电路，能够控制两路电流的输出。功率消耗单元采用5.1欧姆、功率为5W的碳膜电阻，用于将电压转换为电流，消耗功率。

该独立磁驱系统在应用时，微线带阵列上可以设置一个或多个待驱动机器人M，不同的待驱动机器人M位于微线带阵列的不同位置处且有不同的目标位移，利用该独立磁驱系统可以对各个待驱动机器人M实现独立驱动，以满足各个待驱动机器人M各自的运动需求。对各个待驱动机器人M的驱动过程类似，该实施例以对其中任意一个待驱动机器人M的驱动过程为例进行说明：

电流驱动电路首先需要确定待驱动机器人M当前所在位置的预定范围的局部区域内的微线带作为该待驱动机器人M对应的目标微线带。待驱动机器人M当前所在位置可以通过现有的视觉系统结合图像处理的方法得到，本申请对此不再赘述。预定范围的大小可以自定义，一般情况下，当待驱动机器人M当前所在位置的y方向的坐标在一根纵向微线带的覆盖范围内时，目标微线带包括y方向上覆盖待驱动机器人M的坐标且与待驱动机器人M距离最近的一根纵向微线带。当待驱动机器人M当前所在位置的y方向的坐标在相邻两根纵向微线带之间时，目标微线带包括y方向上覆盖待驱动机器人M的坐标且与待驱动机器人M距离最近的两根纵向微线带。当待驱动机器人M当前所在位置的x方向的坐标在一根横向微线带的覆盖范围内时，目标微线带包括x方向上覆盖待驱动机器人M的坐标且与待驱动机器人M距离最近的一根横向微线带。当待驱动机器人M当前所在位置的x方向的坐标在相邻两根横向微线带之间时，目标微线带包括x方向上覆盖待驱动机器人M的坐标且与待驱动机器人M距离最近的两根横向微线带。

比如图4中，待驱动机器人M的当前所在位置在虚拟坐标系为P(x₀,y₀,z₀)，其在y方向的坐标y₀在纵向微线带14、15、16的y方向的覆盖范围内，而在这三根纵向微线带14、15、16中，纵向微线带15与待驱动机器人M距离最近，因此目标微线带包括纵向微线带15。同时，待驱动机器人M的在x方向的坐标x₀在横向微线带21和22之间，同时也在横向微线带23和24之间，同时也在横向微线带25和26之间，而在这三组横向微线带中，横向微线带25和26与待驱动机器人M的距离最近，因此目标微线带包括横向微线带25和26。最终可以确定图4中待驱动机器人M在当前所在位置对应的目标微线带包括纵向微线带15、横向微线带25和横向微线带26。

进一步的，在确定待驱动机器人M在当前所在位置对应的目标微线带时，还会考虑待驱动机器人M的目标位移s的方向。在本申请中，属于横向微线带的目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向，属于纵向微线带的目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向。因此若目标位移s的方向平行于y方向，则待驱动机器人M在当前所在位置对应的目标微线带仅包含横向微线带；若目标位移s的方向平行于x方向，则待驱动机器人M在当前所在位置对应的目标微线带仅包含纵向微线带。比如在图4的实例中，若进一步考虑待驱动机器人M的目标位移s为平行于x方向，则最终确定的待驱动机器人M在当前所在位置对应的目标微线带仅包括纵向微线带15。

在确定待驱动机器人M在当前所在位置对应的目标微线带后，电流驱动电路根据待驱动机器人M的目标位移s确定每根目标微线带的目标电流，每根目标微线带产生的磁驱动力与该目标微线带中通入的目标电流对应，待驱动机器人M在各根目标微线带产生的磁驱动力按照各根目标微线带之间的预定排布结构合成得到的总驱动力的作用下按照目标位移进行运动。

具体的，根据待驱动机器人M的目标位移s利用

确定待驱动机器人M受到的各根目标微线带产生的总驱动力F，其中，F_fric表示待驱动机器人M受到的摩擦力，F_drag表示待驱动机器人M受到的流体引力，m是待驱动机器人M的质量，

表示对目标位移s进行两次求导。

对总驱动力F按照各根目标微线带的预定排布结构进行力的分解确定个各根目标微线带的磁驱动力。比如基于常见的目标微线带按照正交方式排布的预定排布结构的基础上，将总驱动力F沿着x方向和y方向分解，得到沿着x方向的磁驱动力和沿着y方向的磁驱动力。当预定排布结构确定时，总驱动力F的力的分解方式由此可以确定，对总驱动力F的分解方式可以有多种，可以根据实际情况确定。根据每根目标微线带的磁驱动力的朝向和大小就能确定目标微线带的目标电流。

目标微线带的磁驱动力的朝向与该目标微线带的线长方向以及其中通入的目标电流的电流方向相关：属于横向微线带的目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向，且磁驱动力在y方向上的朝向与目标电流的电流方向相关。属于纵向微线带的目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向，且磁驱动力在x方向上的朝向与目标电流的电流方向相关。具体的：(1)当属于横向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着x方向的正方向时，目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向的负方向。如图5中，横向微线带41的目标电流的电流方向及其对P1处的待驱动机器人产生的磁驱动力的方向如箭头所示。当属于横向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着x方向的负方向时，目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向的正方向。如图5中，横向微线带42的目标电流的电流方向及其对P2处的待驱动机器人产生的磁驱动力的方向如箭头所示。(2)当属于纵向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着y方向的正方向时，目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向的正方向。如图5中，横向微线带43的目标电流的电流方向及其对P3处的待驱动机器人产生的磁驱动力的方向如箭头所示。当属于纵向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着y方向的负方向时，目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向的负方向。如图5中，横向微线带44的目标电流的电流方向及其对P4处的待驱动机器人产生的磁驱动力的方向如箭头所示。

目标微线带的磁驱动力的大小与目标微线带的线长方向以及其中通入的目标电流的电流大小相关，具体的：

(1)属于横向微线带的目标微线带产生的y方向上的磁驱动力

的大小为：

其中，V_r是待驱动机器人M的体积，M＝[M_x,M_y,M_z]为待驱动机器人M的磁化强度。M_x是待驱动机器人M在x方向上的磁化强度，M_y是待驱动机器人M在y方向上的磁化强度，M_z是待驱动机器人M在z方向上的磁化强度。

表示对函数在各个正交方向上求导数。

表示属于横向微线带的目标微线带在虚拟坐标系的P(x₀,y₀,z₀)处产生的磁通密度，

是磁通密度B1在x方向上的分量，

是磁通密度B1在y方向上的分量，

是磁通密度B1在z方向上的分量，且有：

其中，μ₀是真空磁导率，I_c为目标电流的电流大小，属于横向微线带的目标微线带的两个端点在虚拟坐标系中的坐标分别为(x₁,a,0)和(x₂,a,0)。

(2)属于纵向微线带的目标微线带产生的x方向上的磁驱动力

的大小为：

其中，V_r、M＝[M_x,M_y,M_z]、

的含义同上。

表示属于纵向微线带的目标微线带在虚拟坐标系的P(x₀,y₀,z₀)处产生的磁通密度，

是磁通密度B2在x方向上的分量，

是磁通密度B2在y方向上的分量，

是磁通密度B2在z方向上的分量，且有：

其中，μ₀和I_c的含义同上，属于纵向微线带的目标微线带的两个端点在虚拟坐标系中的坐标分别为(b,y₁,0)和(b,y₂,0)。

在确定各根目标微线带的目标电流后，电流驱动电路向待驱动机器人M对应的各根目标微线带中输出目标电流，使得待驱动机器人M按照目标位移进行运动。

在工作过程中，由于发热等干扰，会使得电流驱动电路输出的电流偏离目标电流，为了得到高精度的输出电流以准确驱动待驱动机器人M，该独立磁驱系统还包括电流采样电路，电流采样电路采样目标微线带的实时电流反馈给电流驱动电路，电流驱动电路根据每根目标微线带的实时电流和目标电流对输出的电流进行闭环控制。在一个实施例中，电流驱动电路利用PID控制器对输出的电流进行闭环控制，且PID控制器的PID参数通过BP神经网络整定得到。电流采样电路可以采用ACS712电流传感器采集电流信息并结合A/D转换器实现，并将实时电流反馈给电流驱动电路的控制模块。

以上的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种磁性微纳机器人的独立磁驱系统，其特征在于，所述独立磁驱系统包括待驱动机器人、微线带阵列以及电流驱动电路，所述待驱动机器人为磁性微纳机器人，所述微线带阵列包括按照预定排布结构排布形成阵列的若干条微线带，所述待驱动机器人在所述微线带阵列的驱动空间内；

所述电流驱动电路根据所述待驱动机器人的目标位移、向所述待驱动机器人对应的目标微线带中输出目标电流，所述待驱动机器人对应的目标微线带是所述微线带阵列中位于所述待驱动机器人当前所在位置的预定范围的局部区域内的微线带，每根目标微线带产生的磁驱动力与所述目标微线带中通入的目标电流对应，所述待驱动机器人在各根目标微线带产生的磁驱动力按照各根目标微线带之间的预定排布结构合成得到的总驱动力的作用下按照所述目标位移进行运动；

其中，所述微线带阵列包括垂直交叉排布的若干个微线带行和若干个微线带列，每个微线带行分别包括若干个沿着x方向首尾相接排布的横向微线带，各个微线带行依次沿着y方向平行设置且相邻两个微线带行之间间隔预定距离；每个微线带列分别包括若干个沿着y方向首尾相接排布的纵向微线带，各个微线带列依次沿着x方向平行设置且相邻两个微线带列之间间隔预定距离；所述横向微线带的线长方向沿着x方向，所述纵向微线带的线长方向沿着y方向，x方向和y方向在同一个平面上且相互垂直；所述待驱动机器人沿着z方向磁化且所述待驱动机器人的N极沿着z方向朝上放置，z方向垂直于x方向和y方向所在平面，x方向、y方向和z方向形成符合右手坐标系的虚拟坐标系。

2.根据权利要求1所述的独立磁驱系统，其特征在于，所述独立磁驱系统还包括电流采样电路，所述电流采样电路采样目标微线带的实时电流反馈给所述电流驱动电路，所述电流驱动电路根据每根目标微线带的实时电流和目标电流对输出的电流进行闭环控制。

3.根据权利要求2所述的独立磁驱系统，其特征在于，所述电流驱动电路利用PID控制器对输出的电流进行闭环控制，且所述PID控制器的PID参数通过神经网络整定得到。

4.根据权利要求1所述的独立磁驱系统，其特征在于，

属于横向微线带的目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向，且磁驱动力在y方向上的朝向与目标电流的电流方向相关，磁驱动力的大小与目标电流的电流大小相关；属于纵向微线带的目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向，且磁驱动力在x方向上的朝向与目标电流的电流方向相关，磁驱动力的大小与目标电流的电流大小相关。

5.根据权利要求4所述的独立磁驱系统，其特征在于，

当属于横向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着x方向的正方向时，所述目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向的负方向；当属于横向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着x方向的负方向时，所述目标微线带产生的磁驱动力沿着y方向的正方向；

当属于纵向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着y方向的正方向时，所述目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向的正方向；当属于纵向微线带的目标微线带中通入的目标电流的电流方向沿着y方向的负方向时，所述目标微线带产生的磁驱动力沿着x方向的负方向。

6.根据权利要求4所述的独立磁驱系统，其特征在于，属于横向微线带的目标微线带产生的y方向上的磁驱动力

的大小为：

其中，V_r是所述待驱动机器人的体积，M＝[M_x,M_y,M_z]为所述待驱动机器人的磁化强度，

表示对函数在各个正交方向上求导数，M_x是所述待驱动机器人在x方向上的磁化强度，M_y是所述待驱动机器人在y方向上的磁化强度，M_z是所述待驱动机器人在z方向上的磁化强度；

表示属于横向微线带的目标微线带在虚拟坐标系的P(x₀,y₀,z₀)处产生的磁通密度，

是磁通密度B1在x方向上的分量，

是磁通密度B1在y方向上的分量，

是磁通密度B1在z方向上的分量，且有：

其中，μ₀是真空磁导率，I_c为目标电流的电流大小，属于横向微线带的目标微线带的两个端点在所述虚拟坐标系中的坐标分别为(x₁,a,0)和(x₂,a,0)。

7.根据权利要求4所述的独立磁驱系统，其特征在于，属于纵向微线带的目标微线带产生的x方向上的磁驱动力

的大小为：

其中，V_r是所述待驱动机器人的体积，M＝[M_x,M_y,M_z]为所述待驱动机器人的磁化强度，

表示对函数在各个正交方向上求导数，M_x是所述待驱动机器人在x方向上的磁化强度，M_y是所述待驱动机器人在y方向上的磁化强度，M_z是所述待驱动机器人在z方向上的磁化强度；

表示属于纵向微线带的目标微线带在虚拟坐标系的P(x₀,y₀,z₀)处产生的磁通密度，

是磁通密度B2在x方向上的分量，

是磁通密度B2在y方向上的分量，

是磁通密度B2在z方向上的分量，且有：

其中，μ₀是真空磁导率，I_c为目标电流的电流大小，属于纵向微线带的目标微线带的两个端点在所述虚拟坐标系中的坐标分别为(b,y₁,0)和(b,y₂,0)。

8.根据权利要求2所述的独立磁驱系统，其特征在于，确定每根目标微线带的目标电流的方法包括：

根据所述待驱动机器人的目标位移s利用

确定所述待驱动机器人受到的各根目标微线带产生的总驱动力F，其中F_fric表示所述待驱动机器人受到的摩擦力，F_drag表示所述待驱动机器人受到的流体引力，m是所述待驱动机器人的质量；

对所述总驱动力F按照各根目标微线带的预定排布结构进行力的分解确定个各根目标微线带的磁驱动力；

根据每根目标微线带的磁驱动力的朝向和大小确定所述目标微线带的目标电流。

9.根据权利要求1所述的独立磁驱系统，其特征在于，所述微线带阵列制作在PCB基板的顶层，电流驱动电路与各个微线带之间的连线布设在所述PCB基板的顶层以外的各层，每根微线带通过过孔与对应的连线相连。

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