花瓣型膠囊機(jī)器人彎曲環(huán)境內(nèi)磁矢量最優(yōu)控制.pdf

1、膠囊機(jī)器人在腸道內(nèi)的轉(zhuǎn)向的控制在臨床應(yīng)用中是極為重要并且具有極大的挑戰(zhàn)性的，要實(shí)現(xiàn)彎曲腸道的主動控制主要應(yīng)解決以下幾個瓶頸問題:第一個是解決彎曲管道內(nèi)部的無線能量傳輸?shù)膯栴};第二個需要解決的問題是開發(fā)機(jī)器人能夠在胃腸道內(nèi)順利驅(qū)動的致動器;最后一個優(yōu)化旋轉(zhuǎn)磁矢量的方向?yàn)楦玫膶?shí)現(xiàn)曲線環(huán)境的轉(zhuǎn)向?qū)Ш健?br>　　第一個問題可以運(yùn)用磁場控制膠囊機(jī)器人解決，一些學(xué)者，運(yùn)用永磁體產(chǎn)生的靜態(tài)來控制膠囊機(jī)器人姿態(tài)和運(yùn)動，由于單個永磁體產(chǎn)生的梯度變化較

2、大，對膠囊機(jī)器人的位置控制不夠精確。由于人體腸道形態(tài)不規(guī)則以及腸道的摩擦，機(jī)器人的運(yùn)動是不連續(xù)的，并且運(yùn)動不穩(wěn)定。而兩個永磁體產(chǎn)生的均勻靜磁場不能夠控制機(jī)器人運(yùn)動。因此我們提出一種運(yùn)用亥姆霍茲線圈產(chǎn)生空間萬向旋轉(zhuǎn)磁場的方法來控制膠囊機(jī)器人運(yùn)動姿態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)空間轉(zhuǎn)彎和姿態(tài)調(diào)整。對于第二個問題，我們提出了一種萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量驅(qū)動的花瓣廓形膠囊機(jī)器人，可以有效的減小對腸道的傷害和機(jī)器人的游動阻力。
　　最后一個問題，彎曲環(huán)境內(nèi)膠囊機(jī)器人的

3、磁導(dǎo)航轉(zhuǎn)彎控制問題仍未完全解決，為此，提出一種基于多楔效應(yīng)具有較小轉(zhuǎn)彎阻力的花瓣型膠囊機(jī)器人，并提出一種通過兩次優(yōu)化確定預(yù)置旋轉(zhuǎn)磁矢量最優(yōu)空間方位的方法:為了使機(jī)器人能夠非接觸快速轉(zhuǎn)彎游動，提出基于轉(zhuǎn)彎驅(qū)動平均速度及轉(zhuǎn)彎驅(qū)動平均軌跡偏移量兩個性能評價(jià)指標(biāo)的模糊綜合評價(jià)方法對膠囊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎角度進(jìn)行優(yōu)化，獲得空間萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量的初始最優(yōu)方向角;為進(jìn)一步減小機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時的磁振動，再采用主要目標(biāo)法，在磁力矩約束條件作用下對萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量最終方位