基于旋轉磁場的膠囊微機器人驅動方法研究.pdf

1、微型管道機器人具有體積小、響應快、耗能低等特點，采用無纜驅動方式，可提高其可靠性與實用性。無纜驅動的體內(nèi)醫(yī)療微型機器人利用人體天生管腔和液體介質在人體內(nèi)部行走，以實現(xiàn)診斷、治療和手術等作業(yè)。 本文提出了一種膠囊微機器人的無纜外磁場驅動方法。利用亥姆霍茲線圈能夠產(chǎn)生均勻磁場的特點，用兩組軸線正交的亥姆霍茲線圈生成旋轉電磁場，驅動外表面有螺旋結構，內(nèi)含釹鐵硼(NdFeB)永磁體的膠囊微機器人，使其在充滿粘性液體的細小管道內(nèi)運動。

2、 首先闡述了微機器人的驅動原理和游動機理，根據(jù)磁場矢量疊加原理，給軸線相互正交的兩組亥姆霍茲線圈加載兩路同頻率正余弦電流，可產(chǎn)生定向的旋轉磁場，以電流調節(jié)的方式提高了磁場驅動的可控性。然后建立線圈磁感應強度的數(shù)學模型，研究分析了線圈尺寸及結構參數(shù)對磁感應強度變化及功率損耗的影響，為兩軸正交線圈的優(yōu)化設計提供了依據(jù)。 詳細介紹了直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術的工作原理和特點，提出利用單片機控制和DDS技術產(chǎn)生驅動信號的方案。闡

3、述了以單片機AT89S52和AD9854芯片為核心的定向旋轉磁場驅動電路設計，可產(chǎn)生兩路正余弦電流信號用以驅動兩軸亥姆霍茲線圈產(chǎn)生旋轉磁場。 探討了用三軸正交亥姆霍茲線圈產(chǎn)生空間萬向旋轉磁場的方法，發(fā)現(xiàn)當各組線圈加載電流的參數(shù)滿足一定關系時，在線圈位置固定的情況下可實現(xiàn)旋轉磁場在空間任意方向上的可調性，并推導了三軸線圈電流的關系式。重點闡述了以DDS芯片AD9959為核心的三軸線圈驅動方案及輸出信號的控制方法，為進一步研究微機器