軟體機(jī)器人具有無限自由度、強(qiáng)變形能力、高度適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)，在醫(yī)療診斷、環(huán)境檢測(cè)和空間探測(cè)等方面展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。軟體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式包括物理驅(qū)動(dòng)、流體驅(qū)動(dòng)和電磁驅(qū)動(dòng)等，其中，磁驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有非接觸、可控性強(qiáng)和穿透性能好等顯著優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)前軟體機(jī)器人領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)。

目前，磁性軟體機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展領(lǐng)域是如何實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的多模態(tài)變形和運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，一種可行的途徑在于調(diào)節(jié)軟體機(jī)器人內(nèi)部的磁化特性，另一種在于調(diào)節(jié)外部驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)。而目前研究主要集中于通過部磁化特性來實(shí)現(xiàn)磁性軟體機(jī)器人的多模態(tài)運(yùn)動(dòng)，但對(duì)于外部驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)研究相對(duì)較少，目前主要驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)類型為靜態(tài)磁場(chǎng)、振蕩磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等，功能較為單一，參數(shù)可調(diào)性差。事實(shí)上，由于磁性軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模態(tài)是由其內(nèi)部的磁化方向分布和其外部的驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)共同控制，如何針對(duì)軟體機(jī)器人特定的操控需求來設(shè)計(jì)外部驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)磁性軟體機(jī)器人的靈活和可控運(yùn)動(dòng)同樣具有重要意義。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種磁性軟體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法及裝置，旨在解決目前驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)波形功能單一，難以實(shí)現(xiàn)磁性軟體機(jī)器人多模態(tài)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的問題。

第一方面，本發(fā)明提供了一種磁性軟體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方法，包括如下步驟：

確定驅(qū)動(dòng)線圈所用的驅(qū)動(dòng)波；驅(qū)動(dòng)波為參數(shù)可調(diào)的梯形波，參數(shù)包括：上升沿持續(xù)時(shí)間、上升沿起始值、上升沿終止值、下降沿持續(xù)時(shí)間、下降沿起始值、下降沿終止值、平頂波持續(xù)時(shí)間以及平頂波幅值；驅(qū)動(dòng)線圈用于在預(yù)設(shè)區(qū)域產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)方向和強(qiáng)度隨驅(qū)動(dòng)波變化；向驅(qū)動(dòng)線圈輸入驅(qū)動(dòng)波，以在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)處于預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)軟體機(jī)器人產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的形態(tài)變化；磁性軟體機(jī)器人為中心對(duì)稱的多爪軟體機(jī)器人，其中，通過調(diào)控梯形波上升沿和下降沿斜率控制多爪軟體機(jī)器人聚攏和放松速度，通過調(diào)控上升沿的終止值和下降沿終止值控制多爪軟體機(jī)器人聚攏和放松的程度，通過調(diào)控平頂波的持續(xù)時(shí)間和幅值控制多爪軟體機(jī)器人保持聚攏或放松的時(shí)間和程度；當(dāng)多爪軟體機(jī)器人置于液體環(huán)境時(shí)，設(shè)梯形波上升沿持續(xù)時(shí)間為第一時(shí)間，下降沿持續(xù)時(shí)間為第二時(shí)間，控制第一時(shí)間大于第二時(shí)間，使得多爪軟體機(jī)器人向下劃動(dòng)液體的過程快速進(jìn)行，以在液體中向上運(yùn)動(dòng)，向上劃動(dòng)液體恢復(fù)的過程緩慢進(jìn)行，以在液體中向下運(yùn)動(dòng)，且向下運(yùn)動(dòng)的距離小于向上運(yùn)動(dòng)的距離；控制下降沿的終止值小于上升沿的起始值，使得向下劃動(dòng)液體后達(dá)到向下收縮狀態(tài)，并控制上升沿之后進(jìn)入下降沿，且在下降沿之后進(jìn)入平頂波，控制平頂波的持續(xù)時(shí)間，使得向下劃動(dòng)液體后多爪軟體機(jī)器人維持向下收縮的狀態(tài)，以利用慣性獲得進(jìn)一步的上升距離，實(shí)現(xiàn)在液體環(huán)境中類似水母的仿生運(yùn)動(dòng)。

第二方面，本發(fā)明提供了一種磁性軟體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，包括：

驅(qū)動(dòng)波確定單元，用于確定驅(qū)動(dòng)線圈所用的驅(qū)動(dòng)波；驅(qū)動(dòng)波為參數(shù)可調(diào)的梯形波，參數(shù)包括：上升沿持續(xù)時(shí)間、上升沿起始值、上升沿終止值、下降沿持續(xù)時(shí)間、下降沿起始值、下降沿終止值、平頂波持續(xù)時(shí)間以及平頂波幅值；驅(qū)動(dòng)線圈用于在預(yù)設(shè)區(qū)域產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)方向和強(qiáng)度隨驅(qū)動(dòng)波變化；驅(qū)動(dòng)控制單元，用于述驅(qū)動(dòng)線圈輸入驅(qū)動(dòng)波，以在預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)處于預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)軟體機(jī)器人產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的形態(tài)變化；磁性軟體機(jī)器人為中心對(duì)稱的多爪軟體機(jī)器人，其中，通過調(diào)控梯形波上升沿和下降沿斜率控制多爪軟體機(jī)器人聚攏和放松速度，通過調(diào)控上升沿的終止值和下降沿終止值控制多爪軟體機(jī)器人聚攏和放松的程度，通過調(diào)控平頂波的持續(xù)時(shí)間和幅值控制多爪軟體機(jī)器人保持聚攏或放松的時(shí)間和程度；當(dāng)多爪軟體機(jī)器人置于液體環(huán)境時(shí)，設(shè)梯形波上升沿持續(xù)時(shí)間為第一時(shí)間，下降沿持續(xù)時(shí)間為第二時(shí)間，控制第一時(shí)間大于第二時(shí)間，使得多爪軟體機(jī)器人向下劃動(dòng)液體的過程快速進(jìn)行，以在液體中向上運(yùn)動(dòng)，向上劃動(dòng)液體恢復(fù)的過程緩慢進(jìn)行，以在液體中向下運(yùn)動(dòng)，且向下運(yùn)動(dòng)的距離小于向上運(yùn)動(dòng)的距離；控制下降沿的終止值小于上升沿的起始值，使得向下劃動(dòng)液體后達(dá)到向下收縮狀態(tài)，并控制上升沿之后進(jìn)入下降沿，且在下降沿之后進(jìn)入平頂波，控制平頂波的持續(xù)時(shí)間，使得向下劃動(dòng)液體后多爪軟體機(jī)器人維持向下收縮的狀態(tài)，以利用慣性獲得進(jìn)一步的上升距離，實(shí)現(xiàn)在液體環(huán)境中類似水母的仿生運(yùn)動(dòng)。

通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用參數(shù)可控梯形波驅(qū)動(dòng)，梯形波控制波形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)直觀，易于調(diào)控。單一梯形波驅(qū)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟體機(jī)器人聚攏、放松、劃水等單獨(dú)動(dòng)作。通過多個(gè)梯形波的不同的參數(shù)組合，可實(shí)現(xiàn)磁性軟體機(jī)器人的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，例如抓握細(xì)軟且易碎的物體或者捕捉運(yùn)動(dòng)物體，以及在液體中進(jìn)行仿生運(yùn)動(dòng)。

(2)驅(qū)動(dòng)波形的參數(shù)設(shè)置范圍廣，精度高，可控性好，可以精確調(diào)整波形實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的精確設(shè)置。所述的參數(shù)可調(diào)梯形波，幅值設(shè)置范圍為?N V至+N V(N一般為5或者10)，調(diào)整精度為0.3mV以上，持續(xù)時(shí)間設(shè)置精度為1ms以上，頻率設(shè)置范圍為0Hz至100Hz以上，調(diào)整精度為0.1Hz以上。

(3)通過單片機(jī)控制高精度DAC產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形，經(jīng)功率放大器放大后調(diào)控電流使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，相比于傳統(tǒng)的利用永磁體梯度力直接拖拽驅(qū)動(dòng)的方式，本控制方法驅(qū)動(dòng)波形可調(diào)性更高、控制精度更高，可重復(fù)性更好。