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Development of an Electromagnetic Coil Array System for Large-Scale Ferrofluid Droplet Robots Programmable Control

磁流体 电磁线圈 机器人 比例(比率) 控制系统 计算机科学 工程类 电气工程 控制工程 航空航天工程 物理 磁场 人工智能 量子力学
作者
Guangming Cui,Haozhi Huang,Xianrui Zhang,Yueyue Liu,Qigao Fan,Yining Xu,Ang Liu,Baijin Mao,Tian Qiu,Juntian Qu
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41: 4342-4359 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tro.2025.3584430
摘要

Programmable manipulation of fluid-based soft robots has recently attracted considerable attention. Achieving parallel control of large-scale ferrofluid droplet robots (FDRs) is still one of the major challenges that remain unsolved. In this article, we develop a distributed magnetic field control platform to generate a series of localized magnetic fields that enable the simultaneous control of many FDRs, allowing teams of FDRs to collaborate in parallel for multifunctional manipulation tasks. Based on the mathematical model using the finite element method, we first evaluate the distribution properties of the local magnetic fields as well as the gradients generated by individual electromagnets. Meanwhile, the locomotion and deformation behavior of the FDR is also characterized to verify the actuation performance of the developed system. Subsequently, a vision-based closed-loop feedback control strategy is then presented, which aims to achieve path tracking of multiple robot formations. Thermal analysis shows that the system's low output power enables reliable and sustained long-term operation. Finally, the developed system is tested through extensive physical experiments with different numbers of FDRs. The results demonstrate the potential of the designed setup in manipulating dozens of FDRs for digital display, message encoding, and microfluidic logistics. To the best of our knowledge, this is the first attempt that allows independent control of such scale droplet robots (up to 72) for cooperative applications.
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