雙半球形膠囊機(jī)器人調(diào)姿動力學(xué)特性研究.pdf

1、口服膠囊機(jī)器人的主動控制不僅解決了臨床介入治療過程中存在視覺盲區(qū)的問題，而且可以通過外界磁場對膠囊機(jī)器人的運(yùn)動進(jìn)行準(zhǔn)確控制，實(shí)現(xiàn)人體胃腸道等非結(jié)構(gòu)寬裕環(huán)境內(nèi)安全、可靠的檢測，具有廣泛的臨床應(yīng)用價(jià)值，也是當(dāng)今國際微小型機(jī)器人的研究熱點(diǎn)。
　　本文的主要研究內(nèi)容是在所設(shè)計(jì)的雙半球機(jī)器人的基礎(chǔ)上，通過仿真和試驗(yàn)的方式對膠囊機(jī)器人診斷過程中的動態(tài)特性進(jìn)行分析和研究。
　　在總結(jié)現(xiàn)有膠囊機(jī)器人結(jié)構(gòu)特征和課題組研究基礎(chǔ)之上，提出了一種雙

2、半球型機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案，該結(jié)構(gòu)主要由兩個可以相互轉(zhuǎn)動的半球組成。通過雙半球機(jī)器人內(nèi)嵌永磁體與空間萬向旋轉(zhuǎn)磁場的相互耦合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在主動模態(tài)下的滾動行走和被動模態(tài)下的懸停調(diào)姿。
　　為了更加準(zhǔn)確探究這種純磁矩作用下機(jī)器人模態(tài)工作原理，將機(jī)器人的工作模態(tài)分為三部分，主動模態(tài)，被動模態(tài)和偽被動模態(tài)，且通過磁場方向的改變實(shí)現(xiàn)了模態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換。
　　無論機(jī)器人處于何種工作模態(tài)，機(jī)器人主動半球總是相對軸線自轉(zhuǎn)，這是一種動力學(xué)問題。為

3、了分析各模態(tài)動力學(xué)特性，首先通過引入固定坐標(biāo)系、平移坐標(biāo)系、賴柴坐標(biāo)描述機(jī)器人的空間位置和姿態(tài)，基于歐拉坐標(biāo)變換、陀螺力學(xué)、理論力學(xué)、拉格朗日方程，推導(dǎo)機(jī)器人主被動模態(tài)及延伸偽被動模態(tài)的動力學(xué)方程。
　　由于雙半球形機(jī)器人系統(tǒng)是一種欠驅(qū)動，時變，高度非線性，強(qiáng)耦合系統(tǒng)，動力學(xué)求解復(fù)雜，本文主要通過Matlab/Simulink模塊對各個模態(tài)下的動力學(xué)方程進(jìn)行仿真計(jì)算。最后，結(jié)合離體豬大腸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)可行性及多模型理論推導(dǎo)的正確性