磁控膠囊機器人運行平穩的參數優化設計

胡冠昱,梁亮,劉煜

(長沙學院 機電工程學院,長沙 410022)

膠囊內鏡(即膠囊機器人)是一種能無創進入人體腸道內進行醫學檢查和治療的智能化微型工具[1]。膠囊機器人按結構可分為光滑膠囊機器人[2]、螺旋膠囊機器人[3-4]和腿式膠囊機器人[5]等。其中,光滑結構是臨床實際應用中的一種常用結構。由于采用電池、電線存在諸多問題,而磁場具有各種優勢,因此膠囊機器人的驅動方式主要采用外磁場驅動。現有的外磁場驅動方法主要分為兩類:線圈法和永磁體法。線圈法是指利用多組線圈產生空間磁場來驅動膠囊機器人運動[6-7]。永磁體法是指利用外部永磁體的運動來驅動內部含磁鐵的膠囊機器人作相應運動[8-9]。線圈法采用的設備相對復雜、成本高、操作繁瑣。永磁體法控制原理簡單、操作方便、易于商業化,但它的難點在于控制外部永磁體實現對膠囊機器人作用力的平衡。

影響膠囊機器人運行性能的參數大致可以分為幾類:與工作管道相關的參數,如管道直徑、管道形狀、管道表面形貌與管道特性等;與管內流體相關的參數,如粘液粘度、粘液密度、粘液相數、粘液特性等;與機器人相關的參數,如機器人平移速度、機器人轉速、機器人結構參數等。學者們采用各種方法對上述各類參數進行了大量的理論和實驗研究。葉波等采用一種方形永磁體驅動外螺旋磁性膠囊機器人作平移和旋轉運動,并實驗研究了不同永磁體和膠囊機器人間距下不同轉速時的平移速度大小[10]。……