粘性流体内花瓣型胶囊机器人驱动特性

以花瓣型胶囊机器人为模型,推导机器人表面流体运动规律。通过解析法求得机器人外围流体动压力表达式,以牛顿内摩擦定律为基础得到液体阻力矩模型,对比研究花瓣型和圆柱形两种胶囊机器人管道内悬浮能力,分析流体粘度对不同廓形胶囊机器人液体阻力矩的影响,得到花瓣型胶囊机器人能够悬浮在管道中避免与管道接触,同时可以降低磁场线圈功耗,且流体环境适应能力强,提高了临床应用的可行性。

一种高性能花瓣廓形胶囊机器人

为提高肠道内综合驱动性能,提出一种新型花瓣状结构胶囊机器人,机器人表面四块偏心花瓣廓形与管壁形成四个收敛楔形空间,使流体运动路径发生改变并产生多楔形效应。根据库埃特流动理论,借助牛顿内摩擦定律建立花瓣型胶囊机器人流体动力学模型,在求得机器人稳态游动速度、流体动压力和液体扭转力矩解析解的基础上,对花瓣型胶囊机器人综合性能进行研究。理论与试验证明花瓣型胶囊机器人表面流体动压与稳态游动速度更大,流体扭转力矩更小。花瓣型胶囊机器人的综合性好,实现机器人在管道内全悬浮式非接触游动,诊断遍历时间更短,对肠道的扭曲作用更小,安全性更高,在胃肠道诊断领域实用前景良好。

多楔形效应胶囊机器人花瓣廓形优化

提出一种花瓣型胶囊机器人,表面偏心花瓣廓形与管壁形成四个收敛楔形空间,使流体运动路径发生改变并产生多楔形效应。建立满足机器人外螺旋肋表面边界条件的流体雷诺差分控制方程和机器人流体动力平衡方程,以游动速度为目标函数,通过遗传算法对花瓣廓形进行优化,流体动压特性和游动速度特性研究结果表明:在一定间隙范围内,优化花瓣廓形机器人表面流体动压力和游动速度均增大,提高了肠道内驱动性能与安全性,该机器人结构简单,非结构化环境适应能力强,可望提高肠道内的窥视与施药等医疗作业效率。

花瓣廓形胶囊机器人的流体动态性能

提出的新型花瓣状结构胶囊机器人可提高驱动性能,其表面偏心花瓣廓形与管壁形成四个收敛楔形空间,使流体流线方向发生改变并产生多楔形效应。根据建立的流体动力学模型,求得机器人流体动压及稳态游动速度解析解。运用数值模拟方法对机器人外围流体流动特性进行了可视化分析,理论推导与仿真试验均表明:花瓣型胶囊机器人的表面流体动压与稳态游动速度更大,综合性能更好。

花瓣型胶囊机器人空间转弯磁矩研究

为降低对肠道的扭曲作用,提出一种扭转力矩效应花瓣型胶囊机器人,实现了机器人与肠道隔离.对弯曲环境约束下的机器人运动学进行分析,建立万向旋转磁矢量空间磁力矩模型.为了实现胶囊机器人转弯时的流体扭转力矩在线检测,提出一种弯曲环境内临界耦合转弯磁矩检测方法,以俯仰力矩为目标函数,通过主要目标法对转差角和水平夹角进行优化.研究结果表明：在一定水平夹角和转差角范围内,机器人俯仰力矩均减小,降低了机器人摆动,提高了转弯稳定性;该机器人显著减小了转弯时对肠道的扭曲作用,提高了非接触驱动性能和肠道内驱动安全性.