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。