胶囊微机器人在离体生物环境下的力学实验研究

介绍了一种新的旋转磁场驱动胶囊微机器人运动的方法。旋转磁场由阵列永磁体自转产生,胶囊微机器人具有螺旋表面并内嵌条形永磁体。设计了相应的实验装置,在由二甲基硅油配置的特定粘度的模拟生物体液和离体猪小肠内进行了实验。实验结果表明：在阵列中心区域能够得到大小连续的、转动速度可调的旋转磁场,其转动方向与永磁体转动方向相反。在阵列直径确定后,磁场强度几乎与阵列磁体数成正比。在粘液中,胶囊机器人直径、运动速度以及粘液粘度共同决定需要的外部磁场强度以及胶囊机器人运动时受到的阻力矩。对于能在离体猪小肠中自由旋进的螺旋胶囊微机器人,其受到的阻力小于0.2N,阻力矩小于2.6mN·m。旋转磁场对于样品产生的驱动力矩因样品不同最高可达到3.2-4.5mN·m,能够驱动直径合适的螺旋表面胶囊微机器人可靠地实现前后运动。

基于DDS技术的胶囊微机器人外旋转磁场驱动方法

针对微机器人有缆驱动的缺点,介绍了一种以外旋转磁场驱动内嵌永磁体的胶囊微机器人游动的无缆驱动方法。阐述了胶囊微机器人的驱动原理与旋转磁场的产生方法,并结合直接数字频率合成(DDS)技术,开发了以单片机AT89S52和DDS芯片AD9854为核心的旋转磁场驱动信号源。对系统进行软硬件设计和调试,产生的两路正余弦信号可驱动两组亥姆霍兹线圈产生旋转磁场。

动态电容补偿在微机器人胶囊无线供能系统中的应用

微机器人胶囊采用电磁耦合无线能量传输时,为获得较高传输效率及功率,需使发射端和接收端在同一频率下达到理想谐振耦合状态。由于高频下线圈的分布电容、寄生电容以及等效电容的波动等因素影响,系统容易偏离原有的理想谐振状态,严重影响系统传输性能。分析了系统频率失谐的原因,提出一种动态电容补偿方法,通过反向补偿变化的电容值,使得系统重新恢复谐振状态,从而改善了系统的传输性能。实验结果表明该动态电容补偿方法是有效的。