胶囊机器人驱动磁场的建模与测量

随着微创和无创诊疗技术的发展,磁控胶囊机器人成为了胃肠道内窥镜医疗领域的研究热点,在胃肠道实时诊断和治疗中具有广大的应用前景。本文对外部径向充磁永磁体空间磁场分布规律开展研究,采用等效磁荷法建立了磁场数学模型,并在MATLAB中编程对磁感应强度进行数值计算,且基于ANSYS软件建立了数值仿真模型。开发了胶囊机器人驱动系统和霍尔式磁感应强度测量系统,实现对环形永磁体旋转时径向磁感应强度的测量。实验结果与理论计算、数值仿真结果吻合较好,验证了模型的准确性和可靠性。本研究揭示了环形永磁体外部磁感应强度分布规律,发展了磁场测量和预测的方法,为永磁体磁性参数的确定与优化、胶囊机器人的磁驱系统建模和运动控制研究奠定了基础。

表面形状对磁驱胶囊机器人运行性能的影响

胶囊内镜(胶囊机器人)广泛应用于人体胃肠道的检查。目前临床应用的胶囊内镜外表面为光滑表面,而螺旋表面是否有利于提高胶囊内镜运行能力而不改变其运行稳定性有待进一步研究。采用PIV技术,通过研制的磁驱胶囊机器人管内流体流场测量系统测量光滑胶囊机器人与不同参数螺旋胶囊机器人旋进时的周围流体流场,并进一步采用CFD方法数值计算胶囊机器人周围流体流场和湍流强度以及胶囊机器人前进方向阻力和阻力矩。研究表明:永磁体驱动的光滑胶囊机器人运行性能优于螺旋胶囊机器人;螺旋胶囊机器人槽深越大,机器人所受阻力、阻力矩和周围流体湍流强度越大。