膠囊內(nèi)窺鏡機(jī)器人自問世以來,為胃腸道檢查領(lǐng)域帶來了巨大的改變,展現(xiàn)展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)為了配合醫(yī)師進(jìn)行精確檢查和治療,膠囊機(jī)器人的主動(dòng)控制技術(shù)成為了科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。研究表明永磁體能持續(xù)產(chǎn)生穩(wěn)定的能量場(chǎng)且不會(huì)出現(xiàn)高熱現(xiàn)象,因此對(duì)人體沒有傷害。同時(shí)永磁體控制膠囊機(jī)器人相較于電磁場(chǎng)控制,其控制更加直觀、簡單,在臨床情況下醫(yī)生的手動(dòng)控制更加有效與方便。為了實(shí)現(xiàn)更精確的主動(dòng)控制,通過借助視覺模塊的反饋控制,幫助醫(yī)生進(jìn)行檢查也漸漸成為熱點(diǎn)。針對(duì)胃腸道檢查中膠囊機(jī)器人的主動(dòng)精確控制和對(duì)于特定目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤,設(shè)計(jì)了一種基于無標(biāo)定視覺伺服的膠囊機(jī)器人磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),目標(biāo)是為了控制膠囊機(jī)器人在三維空間內(nèi)進(jìn)行精確的空間位姿控制,同時(shí)通過視覺信息反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的快速定位、追蹤,使膠囊機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)特征。主要由永磁體驅(qū)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)、膠囊機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、磁驅(qū)動(dòng)算法設(shè)計(jì)以及視覺反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)成,其中永磁體作為磁場(chǎng)的發(fā)生裝置,基于磁偶極子模型構(gòu)建了空間磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型,分析了膠囊機(jī)器人在驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)中的受力及運(yùn)動(dòng)情況,建立了從機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間到膠囊機(jī)器人所受力和力矩的映射關(guān)系;磁驅(qū)動(dòng)算法通過對(duì)膠囊機(jī)器人的受力分析... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

磁驅(qū)動(dòng)螺旋槳膠囊機(jī)器人

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-a）電磁驅(qū)動(dòng)膠囊機(jī)器人b）永磁驅(qū)動(dòng)膠囊機(jī)器人圖1-1磁驅(qū)動(dòng)螺旋槳膠囊機(jī)器人永磁驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)如圖1-1b)所示，其驅(qū)動(dòng)部分是主要由四個(gè)永磁鐵組成。根據(jù)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)理論，產(chǎn)生的磁力矩作為一個(gè)磁偶極子與原有磁場(chǎng)的磁力矩藕合，因此四個(gè)永磁鐵對(duì)稱放置在膠囊機(jī)器人周圍。當(dāng)亥姆霍茲線圈產(chǎn)生一個(gè)外部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，四個(gè)永磁鐵作為一個(gè)整體沿著磁矩磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。連接四個(gè)永磁鐵的螺旋結(jié)構(gòu)與軸和軸承一起在流體中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推動(dòng)力。通過控制產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)控制膠囊機(jī)器人在體內(nèi)運(yùn)動(dòng)。2009年卡內(nèi)基梅隆大學(xué)設(shè)計(jì)了一套電磁線圈驅(qū)動(dòng)磁機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[12]，該系統(tǒng)采用6個(gè)空心電磁線圈XYZ方向正交成對(duì)組成。通過改變磁場(chǎng)方向以實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的振蕩來控制磁性微機(jī)器人在工作場(chǎng)的滑移運(yùn)動(dòng)，其系統(tǒng)構(gòu)成圖以及微機(jī)器人驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)如圖1-2中a）所示，圖1-2中b）部分是2012年改進(jìn)的磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過優(yōu)化過控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)磁性微機(jī)器人的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制[13]，其原理是根據(jù)每個(gè)微機(jī)器人的幾何形狀不同，從而導(dǎo)致在不同控制信號(hào)下的響應(yīng)速度差異，利用其響應(yīng)的唯一性來實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)機(jī)器人中的獨(dú)立目標(biāo)實(shí)現(xiàn)控制。圖1-2Mag-Bots磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)SehyukYim等人研發(fā)了一套柔性磁性膠囊機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[14-16]，如圖1-3所示。膠囊機(jī)器人的殼體是由柔性材料制成的，它具有一個(gè)額外的自由度能夠進(jìn)行軸向收縮，可以執(zhí)行例如藥物釋放，藥物注射或活檢的任務(wù)。通過實(shí)施磁驅(qū)動(dòng)的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方案，可以使用永磁體從外部控制膠囊。所提出的磁膠囊機(jī)器人通過磁引力錨固在組織壁上并通過磁轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。這種控制方法允許磁膠囊機(jī)器人進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)，并且在運(yùn)動(dòng)過程中其方向是可控制的。通過在合成胃模型中運(yùn)行控制磁膠囊機(jī)器人表明，該膠囊的運(yùn)動(dòng)行為是穩(wěn)定的，并且其磁致動(dòng)方法具有成功的跟蹤性能。這種軟且無線控制的膠囊機(jī)器人可以潛在地實(shí)現(xiàn)針對(duì)胃疾病的微創(chuàng)診斷和治療應(yīng)用。圖1-3軟膠囊機(jī)器人結(jié)構(gòu)及藥物釋放2016年MIT研發(fā)了一款由豬大腸組織作為外殼的可折疊膠囊機(jī)器人[17]。該膠囊的主體包括豬大腸組織外殼、受控永磁體和紐扣電池組成。圖1-4展示了該為機(jī)器人的形狀。其負(fù)責(zé)進(jìn)行磁控制的部分是受控永磁體和外部磁常在醫(yī)學(xué)專業(yè)人員的指導(dǎo)下將其攝入胃中，定位到所需的位置，修補(bǔ)傷口，清除異物，輸送藥物并進(jìn)行生物降解�？梢詫⒉牧戏庋b在冰中通過食道輸送到受傷區(qū)域，并通過磁場(chǎng)遠(yuǎn)程控制其到達(dá)特殊位置。圖1-4可折疊磁控微機(jī)器人在Valdastri等人的研究中[18]，內(nèi)窺鏡膠囊是由手持式外部永磁體操縱，

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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