空間萬向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)疊加參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，無纜微型機(jī)器人取得了一定的突破，主動(dòng)可控型膠囊機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體腸道的定點(diǎn)和安全檢測(cè)，在胃腸道疾病的診療中將發(fā)揮不可替代的作用。目前，已應(yīng)用于臨床系統(tǒng)的膠囊機(jī)器人仍存在著能源供給不足，主動(dòng)控制無法實(shí)現(xiàn)等問題，因此，膠囊機(jī)器人如何更好地實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用是我們需要解決的問題。
　　首先，論文介紹了由于結(jié)構(gòu)系數(shù)和電學(xué)參數(shù)不匹配所得到的磁場(chǎng)疊加公式，基于均勻磁場(chǎng)的要求得到補(bǔ)償后的加載電流公式。針對(duì)以往手動(dòng)輸入多組參數(shù)

2、驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的非可視化、操作繁瑣復(fù)雜、需要專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作的不便性，提出了基于搖桿控制的磁驅(qū)系統(tǒng)概念，可利用搖桿控制磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)軸的方向，使機(jī)器人根據(jù)圖像反饋系統(tǒng)在人體腸道環(huán)境中有序的檢測(cè)和觀察，配合病床的傾斜翻轉(zhuǎn)功能，實(shí)現(xiàn)操作控制機(jī)器人的目的，從而改變以往手動(dòng)輸入?yún)?shù)的操作不便性，為膠囊機(jī)器人廣泛應(yīng)用于臨床奠定基礎(chǔ)。
　　其次，將品質(zhì)因數(shù)的概念應(yīng)用到三軸亥姆霍茲線圈中，保證各組線圈能量的相互平衡，提高能源利用率。同時(shí)，從電流滯

3、后電壓相位角出發(fā)，分析線圈的電學(xué)參數(shù)特性。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)三組亥姆霍茲線圈結(jié)構(gòu)系數(shù)和電學(xué)參數(shù)均不匹配，磁感應(yīng)強(qiáng)度分量的幅值和相位不滿足理想磁感應(yīng)強(qiáng)度的要求，會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)磁矢量的方位和大小誤差，為消除磁場(chǎng)的幅值和相位所引起的誤差，提出了一種新的空間萬向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。從能量最小出發(fā)，確立了基于線圈的有功功率最低，線圈總重量最低的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)方法，對(duì)線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，獲得了最優(yōu)的線圈結(jié)構(gòu)。分析線圈磁場(chǎng)與膠囊機(jī)器人內(nèi)驅(qū)動(dòng)器能量特性

4、，以此研究了新線圈的可行性問題。此外，計(jì)算得出了不同線圈邊長(zhǎng)下磁場(chǎng)均勻度的數(shù)值方程，為不同線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)下計(jì)算線圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度的均勻空間提供了方便。
　　最后，基于新的空間萬向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)設(shè)計(jì)方案，需要設(shè)計(jì)能夠包圍人體的大尺寸亥姆霍茲線圈，設(shè)計(jì)之時(shí)，對(duì)比常見的方形和圓形兩種線圈廓形，保證內(nèi)部有效容納空間和通入交流電流相同時(shí)，優(yōu)化分析了方形和圓形亥姆霍茲線圈的有功功率和均勻度，得出了方形線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度更大，均勻度更高，功耗更低，易于裝配