微机器人作为机器人学科的一个重要分支,克服了尺寸的限制,可以在狭小环境中进行特殊操作,这使其在众多领域中得到了广泛的关注。在微机器人的众多驱动方式中,外磁场驱动在驱动效率、磁性材料的获取、生物兼容性、医疗安全等方面具有独特优势,目前在国内外被广泛研究。磁场驱动方式也由最初的匀强磁场、梯度磁场发展到平面磁场、三维磁场;从最初的单自由度控制到多自由度控制;从最初的螺线管磁场发展到以永磁铁、电磁铁以及机械臂协同工作的外磁场驱动方式。然而,随着被控制的场景越趋复杂,传统磁场驱动方式也暴露出众多问题。例如:磁感应强度和磁场梯度不满足要求;磁控区域内的均匀度不够好;虽然可以实现多自由度控制,但是磁场的可操作空间比较狭小等等。本课题针对磁感应强度和磁场梯度不足,磁场控制区域的均匀度不高等问题开展研究。为建立新型的磁场控制策略,深入研究了磁场中磁介质的磁力与磁矩,建立了外部驱动电流与磁介质的磁力与磁矩的关系。并以螺线管磁场出发,提出了以螺线管为基础搭建磁场控制系统的计算方法,并且利用MATLAB软件仿真得到了八极螺线管磁场驱动矩阵。为了提高磁场强度和梯度,采用螺线管加铁芯的方式来汇聚磁感线。利用COMSOL有限元分析软件对带铁芯的电磁铁进行了系统的分析,得到了电流、螺线管分布、铁芯相对磁导率、铁芯形状对空间磁场分布的影响。针对磁场不均匀的问题,提出了利用梯度峰值的特性来解决,并将具有成对空心铁芯的电磁铁与亥姆霍兹线圈和麦克斯韦线圈对比,发现成对铁芯的电磁铁在保证磁场均匀的同时,又可以提高磁感应强度和梯度。根据空心铁芯电磁铁形成梯度峰值的性质,设计了平面磁场控制系统,并且加以验证。利用成对铁芯代替空心铁芯设计电磁铁的方法,设计了三维磁场控制系统,对三维磁场驱动系统进行了验证。根据三维磁控系统的需求,完成了磁控系统的硬件平台的设计与加工。设计的电源驱动系统由上位机、控制板和功率放大模块组成,用于驱动磁控系统。