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基于外磁场驱动的微型管道机器人研究

郝云雷

   胃肠道是人体的重要器官,由于所处环境的复杂性,与其他器官相比更容易发生病变。对于胃肠道的检查,通常的方法是插管式内窥镜和无缆式胶囊内窥镜。前者的主要缺点是靠外力进入胃肠道,容易造成组织器官的损伤,给病人带来不适和痛苦。后者是靠胃肠道的自然蠕动来遍历全身进行检查,并期望最终排出体外。此种方法的缺点是观察过程不受控制,检查所需时间较长,可能存在检查盲区,胶囊滞留等问题。 为了实现胶囊内窥镜的主动驱动,本文研究了一种直接利用外部均匀梯度磁场驱动的方法,微型管道机器人本体采用内嵌钕铁硼永磁体制作而成的胶囊形状机器人,利用亥姆霍兹线圈与麦克斯韦线圈空间组合,形成驱动微型管道机器人所需的组合线圈,通过调节组合线圈加载电流的大小,线圈空间位置的变换,以及管道的位置平移,共同形成微型管道机器人驱动所需的梯度磁力和磁转矩,从而有效地完成驱动动作。采用这种磁场驱动方式,具有结构简单、驱动力和速度可控、稳定性和安全性高、可对重点部位进行检查等优点。 本文主要对均匀梯度磁场形成的原理、微型管道机器人的驱动机理进行了分析,对驱动线圈进行了磁场仿真分析,对微型管道机器人的本体进行了设计,并搭建了实验所需的微型管道机器人控制系统,最后通过实验验证了微型管道机器人的运动性能。实验结果表明,微型管道机器人具有较好的运动性能,实现了平移运动,空间姿态调整等动作,具有较好的可控性。……   
[关键词]:微型管道机器人;组合线圈;磁场驱动
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:哈尔滨工程大学2010年
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