雙半球形膠囊機器人調姿動力學特性研究.pdf

1、口服膠囊機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器人的運動進行準確控制，實現(xiàn)人體胃腸道等非結構寬裕環(huán)境內安全、可靠的檢測，具有廣泛的臨床應用價值，也是當今國際微小型機器人的研究熱點。
　　本文的主要研究內容是在所設計的雙半球機器人的基礎上，通過仿真和試驗的方式對膠囊機器人診斷過程中的動態(tài)特性進行分析和研究。
　　在總結現(xiàn)有膠囊機器人結構特征和課題組研究基礎之上，提出了一種雙

2、半球型機器人結構方案，該結構主要由兩個可以相互轉動的半球組成。通過雙半球機器人內嵌永磁體與空間萬向旋轉磁場的相互耦合，實現(xiàn)了機器人在主動模態(tài)下的滾動行走和被動模態(tài)下的懸停調姿。
　　為了更加準確探究這種純磁矩作用下機器人模態(tài)工作原理，將機器人的工作模態(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現(xiàn)了模態(tài)間的相互轉換。
　　無論機器人處于何種工作模態(tài)，機器人主動半球總是相對軸線自轉，這是一種動力學問題。為

3、了分析各模態(tài)動力學特性，首先通過引入固定坐標系、平移坐標系、賴柴坐標描述機器人的空間位置和姿態(tài)，基于歐拉坐標變換、陀螺力學、理論力學、拉格朗日方程，推導機器人主被動模態(tài)及延伸偽被動模態(tài)的動力學方程。
　　由于雙半球形機器人系統(tǒng)是一種欠驅動，時變，高度非線性，強耦合系統(tǒng)，動力學求解復雜，本文主要通過Matlab/Simulink模塊對各個模態(tài)下的動力學方程進行仿真計算。最后，結合離體豬大腸實驗驗證了結構可行性及多模型理論推導的正確性