基于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的膠囊微機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方法研究.pdf

1、微型管道機(jī)器人具有體積小、響應(yīng)快、耗能低等特點(diǎn)，采用無纜驅(qū)動(dòng)方式，可提高其可靠性與實(shí)用性。無纜驅(qū)動(dòng)的體內(nèi)醫(yī)療微型機(jī)器人利用人體天生管腔和液體介質(zhì)在人體內(nèi)部行走，以實(shí)現(xiàn)診斷、治療和手術(shù)等作業(yè)。 本文提出了一種膠囊微機(jī)器人的無纜外磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)方法。利用亥姆霍茲線圈能夠產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的特點(diǎn)，用兩組軸線正交的亥姆霍茲線圈生成旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)外表面有螺旋結(jié)構(gòu)，內(nèi)含釹鐵硼(NdFeB)永磁體的膠囊微機(jī)器人，使其在充滿粘性液體的細(xì)小管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

2、 首先闡述了微機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)原理和游動(dòng)機(jī)理，根據(jù)磁場(chǎng)矢量疊加原理，給軸線相互正交的兩組亥姆霍茲線圈加載兩路同頻率正余弦電流，可產(chǎn)生定向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以電流調(diào)節(jié)的方式提高了磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的可控性。然后建立線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型，研究分析了線圈尺寸及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化及功率損耗的影響，為兩軸正交線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 詳細(xì)介紹了直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)，提出利用單片機(jī)控制和DDS技術(shù)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方案。闡

3、述了以單片機(jī)AT89S52和AD9854芯片為核心的定向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，可產(chǎn)生兩路正余弦電流信號(hào)用以驅(qū)動(dòng)兩軸亥姆霍茲線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 探討了用三軸正交亥姆霍茲線圈產(chǎn)生空間萬向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法，發(fā)現(xiàn)當(dāng)各組線圈加載電流的參數(shù)滿足一定關(guān)系時(shí)，在線圈位置固定的情況下可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間任意方向上的可調(diào)性，并推導(dǎo)了三軸線圈電流的關(guān)系式。重點(diǎn)闡述了以DDS芯片AD9959為核心的三軸線圈驅(qū)動(dòng)方案及輸出信號(hào)的控制方法，為進(jìn)一步研究微機(jī)器