【摘 要】
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无线供能的肠道机器人因其微创和全消化道主动诊察的优点,已经成为了传统有创内窥镜和微型胶囊机器人的下一代胃肠道诊察方案。本文对主动式肠道机器人诊查系统及其无线能量
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无线供能的肠道机器人因其微创和全消化道主动诊察的优点,已经成为了传统有创内窥镜和微型胶囊机器人的下一代胃肠道诊察方案。本文对主动式肠道机器人诊查系统及其无线能量传输系统开展详细研究和设计。本文基于肠道的生理特点,分析了肠道机器人的设计要求,选择了仿尺蠖式的运动原理和运动步态。然后确定了肠道机器人微电机驱动方式,分模块设计了径向扩张机构和轴向伸缩机构。径向机构为旋转打开的三螺线腿形式,由微型直流空心杯电机经7级减速器驱动。伸缩机构使用4级减速器,中间采用丝杠螺母传动。中部区域预留了无线能量接收磁芯与一维线圈的安装空间。本文基于耦合式电磁谐振原理设计了无线能量传输系统。发射端电路部分使用基于UCC3895的逆变电路对直流电源进行逆变和频率控制,同时调整谐振电路电容电感参数,使得发射端谐振电路谐振。另外,本文对69cm大直径单层螺线管对发射线圈进行建模设计优化,确定了采用上述驱动电路时的线圈效率最高工作拓扑。无线能量接收端为环形线圈结构,环绕在机器人机构中部安装。最后,在有限空间约束条件下进行优化设计,确定了最优磁芯厚度和绕线结构与层数。最后,本文对整个机器人系统进行集成测试。在模拟管道和离体肠道中测试机器人行进速度和驻留能力,验证了机器人无线能量传输稳定性和运动有效性。
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