肠道机器人三维接收线圈的设计与优化

探究了一种新型三维接收线圈结构,以满足肠道机器人在人体内正常工作的功率需求,解决了机器人在人体内姿态随机变化带来的失谐问题.该三维接收线圈每个维度绕制方式相同,各个维度的接收功率相对稳定.从磁芯直径、线圈匝数与线径3个方面,通过一系列对比实验分析结构参数对传输效率和传输功率的影响.对优化接收线圈进行姿态稳定性分析.结果表明:最优接收线圈结构为磁芯直径6 mm、线圈匝数80、线圈线径0.12 mm.当发射线圈的驱动电压为10 V时,该优化接收线圈的最大传输功率为1216 mW,此时无线供能系统的传输效率为6.64%.在不同姿态角下,接收线圈3个维度方向产生的最大传输功率几乎相同.当绕x轴转动角α=45°,绕y轴转动角β=45°时,三维线圈输出最小功率,约为527 mW,该功率可使机器人基本维持正常工作.

胶囊内窥镜能量接收稳定性研究

提出了用三维接收线圈组成接收电路,解决由于无线胶囊内窥镜在人体消化道内姿态不确定所带来的接收能量不稳定问题。分析了由三维接收线圈组成的不同接收电路的接收效果,得出了对每一维线圈单独全桥整流后再并联输出的电路结构是最适合于为胶囊内窥镜供能的电路。计算了该接收电路的输出范围,并通过试验对其进行了验证。结果表明:当发射功率为25W时,胶囊内窥镜可在姿态任意变化的情况下获得320mW以上可用能量,满足其高清晰度、高帧率功能对能量的需求。

胶囊内窥镜无线供能模块的研制

为了解决无线胶囊内窥镜电池供电不足的问题,研制了一种供能模块,在体外通过电磁感应方式为体内的胶囊内窥镜进行无线供能.针对胶囊内窥镜在人体内姿态的不确定以及微型化的特点和要求,设计、制作了合适的能量发射和接收装置,并通过实验对能量传输效果进行了验证.结果表明：当发射功率为18 W、在胶囊内窥镜姿态任意变化的情况下,无线供能模块能提供至少150mW的能量,且接收装置的空间尺寸仅φ10 mm×11 mm.在此基础上,研制出的胶囊内窥镜样机在离体实验中得到了清晰的猪小肠图像.

新型胃肠道机器人无线能量传输系统的设计与实现

为确保微型胃肠道机器人在人体内部稳定运行,研制了一种新型无线供能系统.该系统基于电磁场谐振原理,参考电磁场理论计算和纺锤形三维接收线圈模型的优化结果,并创新性地结合了肠道机器人的工作能耗、姿态稳定性、供能稳定性、尺寸设计等要求.其中,发射线圈采用4组螺线管线圈产生均匀交变磁场,优化后的发射线圈通过与集成于肠道机器人内部的接收线圈互感,可产生稳定大于500 mW的能量用于机器人工作.经过相关实验验证,该无线供能系统的性能满足机器人在肠道内复杂环境的工作需求.

胶囊机器人无线能量传输系统设计

目的胶囊内镜机器人受尺寸限制和安全性等因素的影响,传统锂电池或拖缆式供能已不能满足要求,如何提供有效的供能方式成为其发展的重大瓶颈。随着无线供能方式的提出,基于电磁感应的无线能量传输被视为一种有效解决该问题的供能方式。方法设计了一个在任意姿态下接收线圈均能高效稳定供能胶囊机器人的无线能量传输系统。首先设计了符合赫姆霍兹线圈结构的双螺线管对线圈作为发射线圈,再结合机器人结构特征设计新型的磁芯结构和绕线方式,构成新型三维正交接收线圈。最后在由发射线圈和体外控制电路组成的可调谐发射平台上进行了0~360°范围内系统有效接收效率的测试。结果该系统能量传输效率在线圈任意姿态不低于4.95%,解决了因接收线圈姿态变化导致的供能不足问题。结论在输入功率为10.88 W条件下能提供最少544 m W的能量,实验验证了该系统的可行性。

内窥镜无线供电系统功率传输稳定性优化研究与设计

针对内窥镜运动时存在的供电稳定性和效率较低的问题,通过对接收端姿态和位置运动变化的分析,研究了提升无线电能传输功率的方法。采用椭圆坐标系模型,推导了三维接收线圈在Helmholtz发射线圈作用下位置和姿态变化时磁感应强度的变化规律,以及对互感和耦合系数的影响。设计了内窥镜无线供电系统的实验装置,通过仿真和实验可以看出,Helmholtz发射线圈能够产生均匀的高强度磁场,在轴向偏移和角度偏转的情况下,比柱状螺旋发射线圈提高了100mW的传输功率。实验结果表明,该方案可以满足无线内窥镜工作的电能供应需要。

一种为胶囊内窥镜供能的无线能量传输系统

为了给消化道内姿态和位置均不断变化的胶囊内窥镜提供能量,提出了一种基于电磁感应的无线能量传输系统。该系统以亥姆霍兹线圈作为体外发射线圈,在覆盖人体消化道区域内产生均匀交变磁场;以三维正交线圈作为体内接收线圈,在消化道中的不同位置、以不同姿态均获得较为稳定的能量。设计、实现了无线能量传输系统的体外发射装置和体内能量接收装置,并通过实验验证了系统的有效性。结果表明:当发射功率为25W时,在胶囊内窥镜位置和姿态任意变化的情况下,传输功率可达320mW以上。