基于E類逆變器的膠囊機器人無線供電系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、電能供應(yīng)問題是目前膠囊機器人技術(shù)所面臨的最主要問題。常見的無線膠囊機器人通常依靠人體腸道蠕動或者通過紐扣電池等方式進行供電。但是要獲得精確的測量、拍攝高質(zhì)量圖片、對病變部位進行采樣以及局部手術(shù)治療等，這種電能獲得途徑是遠不能勝任的，必須使用一種能夠提供足夠、穩(wěn)定電能的供給方式——體外無線供電。目前對于面向膠囊機器人的無線供電系統(tǒng)研究還處于起步階段，有很多問題值得深入探究。比如發(fā)射端功率的不足、效率不高、接收功率低、提高使用頻率時性能會大

2、幅度下降、諧振穩(wěn)定性問題、線圈之間位置穩(wěn)定性問題、姿態(tài)穩(wěn)定性問題等眾多問題。針對這些問題，本文開展了以下研究。
　　研究提高發(fā)射端功率、效率、工作頻率的方法。膠囊機器人無線供電系統(tǒng)由于其應(yīng)用的特殊性，耦合線圈采用大線圈對小線圈結(jié)構(gòu)，為弱耦合供電形式。選用E類逆變器作為系統(tǒng)發(fā)射端逆變器，從新的角度對E類逆變器進行建模和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。分析了發(fā)射端電路特性、實際電路中參數(shù)對電路性能的影響、重要電子器件的性能，設(shè)計并實現(xiàn)了高頻、高功率、高

3、效率無線供電系統(tǒng)發(fā)射端電路，且回路發(fā)射端電流與輸入電源電壓成線性關(guān)系、系統(tǒng)重復(fù)性好。
　　研究發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)模型，進行了磁場仿真分析，并分析了線圈參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響，設(shè)計了無線供電系統(tǒng)耦合線圈。實際測試結(jié)果表明，所設(shè)計的耦合線圈改善了高頻效應(yīng)，提高了位置穩(wěn)定度、姿態(tài)穩(wěn)定度。
　　為解決系統(tǒng)諧振頻率偏移問題，設(shè)計了穩(wěn)定性好、對發(fā)射端回路影響小的感應(yīng)式電流傳感器、分壓與直流偏置電路、電壓比較器、鎖相環(huán)電路及電源，最終設(shè)計并實現(xiàn)了