一种新型双半球形胶囊机器人

为了实现食管、胃部和结肠等非结构宽裕环境内的介入诊疗作业,提出一种主被动模态双半球胶囊机器人,通过空间万向旋转磁场可控制两种模态相互转换,机器人采用被动模态实现"悬停"调姿,采用主动模态实现滚动行走。研究双半球胶囊机器人主被动模态转换机理,推导被动模态下"悬停"姿态调整力学模型与主动模态下滚动力学模型,确定胶囊"悬停"调姿稳定性条件,试验表明该双半球胶囊机器人可实现定点"悬停"调姿下的全景观察与沿弯曲环境滚动行走。双重作业模态分离关键技术的突破为构成集窥视、诊疗为一体的胶囊机器人系统,实现胃肠非结构宽裕环境内遍历检查与医疗作业奠定了基础。

磁驱动双半球胶囊机器人爬坡运动分析

胃及肠道内表面布满环形皱襞,凹凸的复杂作业环境给磁驱动双半球胶囊机器人姿态能否稳定回归带来不确定性,且肠道起伏的表面迫使机器人应具备一定角度的爬坡行走能力。基于空间旋转磁场与机器人的随动效应,采用拉格朗日乘子法建立主动模态下爬坡滚动的完整动力学模型,通过姿态角仿真分析验证了模型的正确性。为进一步分析机器人的爬坡能力,建立简化动力学模型,结合由动量矩定理推导的纯滚动条件,仿真相关参数与纯滚动爬坡角度关系。仿真表明:机器人爬坡时姿态具备一定的抗干扰能力,且在规定范围内,增大磁场强度和摩擦因数,可以增强机器人的爬坡能力。上述结论为延展胶囊机器人的作业场合提供了理论支持。

双半球胶囊机器人倾斜环境爬行性能研究

为了实现食管、胃部和结肠等非结构宽裕环境内的介入诊疗作业,提出一种万向旋转磁场驱动的主被动模态双半球胶囊机器人,机器人在被动模态下可实现肠道内定点悬停姿态调整,在主动模态下可实现肠道内的滚动行走。建立了胶囊机器人在主动模态下的爬行动力学模型,研究了机器人在倾斜环境下的爬行性能,仿真得到了机器人的不同系统参数下的最大爬坡角度,仿真结果为复杂环境下胶囊机器人运动学的研究奠定了基础。