作为一种新的人体胃肠道疾病介入检测装置,胶囊机器人已经得到广泛应用,它克服了传统胃肠道检测方法漏检高、难控制、易对患者造成损伤等缺点。本文研制的双半球形胶囊机器人采用无线磁场驱动,实现了姿态和位置控制的分离,具有结构简单、操作方便、能够精确控制等优点,具有广泛的应用前景。然而,双半球胶囊机器人表现出复杂的非线性动力学特性,如果控制条件不适宜,机器人易失稳,影响双半球胶囊机器人的临床应用效果。因此,本文针对双半球胶囊机器人被动模态下的非线性动力学问题,重点研究了双半球胶囊机器人的调姿稳定性及可控条件。首先,本文针对现有的复杂磁矢量数学模型,提出了磁矢量的降维表示方法和耦合磁力矩模型,修正了现有数学模型对磁矢量匀速旋转描述的问题,简化了磁矢量和磁力矩公式,为双半球胶囊机器人调姿的复杂非线性问题的研究提供了便利条件。其次,本文通过重新选取参考坐标系,将双半球胶囊机器人在空间内的绝对姿态角转化为相对于磁场的相对姿态角,进一步简化了调姿动力学方程,揭示了不同方位下调姿过程的统一动力学特性。进而,根据非线性动力学理论,证明了双半球胶囊机器人在目标姿态位置稳定的可能性。理论推导证明,目标姿态位置是双半球胶囊机器人调姿动力学系统中的一个不动点,调姿系统的稳定性取决于在该不动点附近的近似线性系统的稳定性。然后,本文采用区间状态转移矩阵逼近算法研究了在不同控制条件下近似线性系统的稳定性,分析了各控制参数对双半球胶囊机器人调姿稳定性的影响,确定了机器人的临界控制线和可控条件。利用幂级数算法对小角度调姿时的近似动力学方程进行了解析求解,得到了姿态角响应的时域级数解析解和小区间近似解,Matlab仿真计算表明,该解析解准确无误、近似解具有较高的拟合精度。最后,本文利用新型调姿模拟装置,通过试验验证了各控制参数在实际控制过程中对机器人稳定性的影响规律,最终试验结果与理论分析结果一致,证明了理论研究方法的正确性,理论计算所得的可控条件能够保证机器人顺利工作,为实现双半球胶囊机器人的稳定控制提供了依据。