Performance-Guided Rotating Magnetic Field Control in Large Workspaces With Reconfigurable Electromagnetic Actuation System

工作区 控制工程 领域(数学) 计算机科学 电磁场 执行机构 磁场 控制系统 工程类 机器人 电气工程 物理 人工智能 数学 量子力学 纯数学
作者
Mingxue Cai,Zhaoyang Qi,Yanfei Cao,Xurui Liu,Xinyu Wu,Tiantian Xu,Li Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:40: 4117-4131 被引量:29
标识
DOI:10.1109/tro.2024.3453768
摘要

Remote-actuated magnetic robots, relying solely on the magnetic torque stemming from rotating magnetic fields, hold immense promise in biomedical applications. However, to precisely actuate magnetic robots in large workspaces, the efficient generation of isotropic rotating fields using electromagnetic actuation (EMA) systems presents an enduring challenge. This is because the choice of configuration of the EMA system is a major concern, particularly when considering collision avoidance between coils and the human body while ensuring isotropic actuation. In this study, we presented an analysis of the characteristics of various three-coil configurations by quantitatively evaluating field isotropy. Furthermore, we introduced a performance-guided optimization method to adjust coil configurations by optimizing designed evaluation metrics, aiming to generate rotating fields with isotropic characteristics in a target local region. Finally, we implemented a reconfigurable EMA and conducted extensive experiments to demonstrate the capability of our method and platform. The experimental results showcase the potential of our approach for advanced clinical applications.
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