花瓣形膠囊機器人驅(qū)動特性研究.pdf

1、醫(yī)療微型機器人能進入消化道、動脈、椎管等人體內(nèi)部空間，并能完成一些精細(xì)的任務(wù)，例如藥物釋放、腫瘤檢測、微創(chuàng)顯微手術(shù)等，具有安全、無痛、高效等特點，因此在醫(yī)療領(lǐng)域有著重要意義。
　　本文提出一種基于多楔形效應(yīng)原理的剛性花瓣形膠囊機器人，相比上一代徑向間隙自補償膠囊機器人，該機器人不僅結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且其特有的花瓣外形可與管壁間產(chǎn)生多楔形效應(yīng)，顯著提高產(chǎn)生的平均液體動壓力，進而提高機器人在粘性液體環(huán)境中的驅(qū)動能力。
　　首先，

2、介紹了花瓣形膠囊機器人結(jié)構(gòu)特征及其旋轉(zhuǎn)磁矢量驅(qū)動機理，對機器人進行動力學(xué)分析，采用有限差分法求解花瓣形機器人表面流體雷諾方程，建立了滿足花瓣形機器人瓦片表面實際邊界條件的液體動壓模型，并在此基礎(chǔ)上利用數(shù)值積分法求解花瓣形機器人受到的剪切力，建立機器人軸向及圓周方向的受力平衡方程。
　　然后，研究并分析了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對花瓣形機器人驅(qū)動特性的影響。以花瓣形機器人穩(wěn)態(tài)游動速度和受到的粘性液體摩擦阻力矩為目標(biāo)函數(shù)，采用遺傳算法對花瓣形機器人

3、結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。
　　為實現(xiàn)花瓣形膠囊機器人無纜驅(qū)動，提出了旋轉(zhuǎn)磁矢量驅(qū)動方案。建立了三組方形亥姆霍茲線圈電磁學(xué)模型，從而得到電流、線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)與磁場強度之間的關(guān)系。結(jié)合三組方形線圈的等效電路模型，推導(dǎo)了生成旋轉(zhuǎn)磁場所需的普遍電壓公式，并通過仿真進行了驗證。對三組方形亥姆霍茲線圈動態(tài)特性以及疊加生成的磁場品質(zhì)進行了分析，主要包括電流動態(tài)響應(yīng)和磁場的均勻性、穩(wěn)定性分析。
　　為驗證花瓣形機器人驅(qū)動性能及旋轉(zhuǎn)磁矢量驅(qū)動方案的可