胶囊内镜机器人是消化道疾病诊疗中新型的技术手段,具有无痛性和低侵入性。但目前的胶囊机器人有着体积过大、功能单一以及缺乏主动运动控制等诸多不足,针对以上问题,本研究提出了一种新型的无线微管道模块化胶囊机器人系统。操作者在主端通过操作控制手柄向电源控制系统发送控制方向参数信息,由电源控制系统将转换后的指令发送至局域网内从端的驱动电源,然后电源向三轴亥姆霍兹线圈输出相应的三相交变电流信号,线圈在电流激励下产生的空间三维旋转磁场驱动内嵌永磁体的模块化胶囊机器人进行运动。本研究分别对三轴亥姆霍兹线圈的驱动系统、电源控制系统和模块化胶囊机器人结构进行了分析和设计,并对模块化胶囊机器人的运动特性进行了实验评价。首先,为实现以旋转磁场驱动机器人的主动运动,本研究设计了三轴亥姆霍兹线圈的驱动系统,分析了三维旋转磁场的产生原理和空间分布;为确保该磁场公式应用于本研究的合理性,在数学软件Mathematica中对旋转磁场在三维坐标系中的分布进行了计算验证。其次,为有效控制机器人运动方向及速度,本研究设计并开发了电源的控制系统,其中包括外部操作器手柄的驱动、三维控制模块的设计和电源控制系统界面的设计,并且为手柄及电源状态参数的查询设计了多线程模块,保证了控制与电源信息显示的实时性。再次,为解决胶囊机器人体积大以及功能单一的问题,本研究减小了单个机器人的体积并将其模块化,设计并研制了包括主机器人和辅机器人部分两部分的模块化胶囊机器人样机;为胶囊机器人设计了模块化接口,用于实现主机器人与辅机器人之间的对接与分离功能,并分析了其模块化功能的可行性。本研究还建立了模块化胶囊机器人在流体中的动力学模型,对两部分机器人在流体中旋转运动的轴向推力进行了分析,为模块化胶囊机器人在消化道内的运动功能提供了理论支持。最后,本研究通过一系列特性评价实验对模块化胶囊机器人的运动特性进行了评估,实验主要包括仿人体消化道蠕动的水流环境、输入信号的频率值以及机器人的不同结构对模块化胶囊机器人运动特性的影响。本研究还对机器人的转弯特性进行了评估,最后进行了主机器人与辅机器人模块的对接与分离实验。实验结果表明,在不同的环境下,模块化胶囊机器人都具有良好的运动特性,其模块化功能的有效性也得到了验证。未来,随着医学技术与机器人集成技术的发展,人类生活质量的加速提升,无线胶囊内镜机器人的应用将越来越广泛,必将取代传统消化道检测手段成为医疗应用的首要选择。