由于当前临床应用的胶囊内镜还存在着被动前行、随机拍摄、不能对可疑病灶重点观察、无法进行位置和姿态控制、检查时间过长等缺陷，因此必须实现对胶囊的主动控制。对于已提出的仿尺蠖、划桨式、多腿式、活塞式等驱动方式，不仅耗能较多占用胶囊空间大且系统可靠性不能保证。而对于已提出的磁驱动方式则存在不便操作、运动空间有限、无法进行全自由度位姿控制、损伤肠道或者对胶囊的外形有特殊的要求等问题。基于当前已提出的主动控制方法的不足，课题提出基于灵巧机器人的磁场驱动控制理念。由于当前无类似的建模应用，课题首先针对胶囊磁场驱动的特点基于分子环流理论获得矩形永磁体磁感应强度3D分布的解析表达式，然后基于磁偶极子理论进行单磁体驱动和双磁体驱动建模，继而得到任意姿态的矩形永磁体在外磁场作用时所受磁场力和磁力矩的3D解析表达式。通过与ANSYS的仿真数据进行比较，验证该模型实际可用。随后，为避免D-H法模型复杂、涉及变量较多的缺陷，课题基于Paden-Kahan子问题和指数积公式对灵巧机器人进行运动学正解和运动学逆解建模，并根据距离起始位置最短的原则从获得的八组解中选择出最优解。然后，课题针对胶囊在肠道内的运行特点进行受力分析，分别针对2D和3D空间中的肠道模型进行肠道内的静力学建模和分析。为避免单磁体拖动时出现姿态逆解无解的情况，结合双磁体拖动的静力学模型，将胶囊的位姿逆解控制转化为最优问题。同时，为实现对胶囊的主动控制和姿态调整，缩短医生的学习周期，减少消化道诊疗时间，课题分别提出基于多自由手柄机构的人工导航方法和基于图像处理技术的自主导航方法，并对两种导航方法的实现进行了融合。在课题最后，通过搭建实验平台进行验证，并分别进行了基于多自由手柄的单磁体人工导航实验、基于图像导航技术的单磁体自主导航实验以及双磁体驱动实验，实现了对胶囊在不同肠道轨迹内的人工导航与自主导航的主动驱动控制，运行速度大于10mm/s，可将整个消化道的检查时间由68小时缩短至15分钟以内，证明课题中所提出的磁场驱动模型和主动控制方法可以有效应用于临床实践。