微型管道机器人具有体积小、响应快、耗能低等特点,采用无缆驱动方式,可提高其可靠性与实用性。无缆驱动的体内医疗微型机器人利用人体天生管腔和液体介质在人体内部行走,以实现诊断、治疗和手术等作业。本文提出了一种胶囊微机器人的无缆外磁场驱动方法。利用亥姆霍兹线圈能够产生均匀磁场的特点,用两组轴线正交的亥姆霍兹线圈生成旋转电磁场,驱动外表面有螺旋结构,内含钕铁硼(NdFeB)永磁体的胶囊微机器人,使其在充满粘性液体的细小管道内运动。首先阐述了微机器人的驱动原理和游动机理,根据磁场矢量叠加原理,给轴线相互正交的两组亥姆霍兹线圈加载两路同频率正余弦电流,可产生定向的旋转磁场,以电流调节的方式提高了磁场驱动的可控性。然后建立线圈磁感应强度的数学模型,研究分析了线圈尺寸及结构参数对磁感应强度变化及功率损耗的影响,为两轴正交线圈的优化设计提供了依据。详细介绍了直接数字频率合成(DDS)技术的工作原理和特点,提出利用单片机控制和DDS技术产生驱动信号的方案。阐述了以单片机AT89S52和AD9854芯片为核心的定向旋转磁场驱动电路设计,可产生两路正余弦电流信号用以驱动两轴亥姆霍兹线圈产生旋转磁场。探讨了用三轴正交亥姆霍兹线圈产生空间万向旋转磁场的方法,发现当各组线圈加载电流的参数满足一定关系时,在线圈位置固定的情况下可实现旋转磁场在空间任意方向上的可调性,并推导了三轴线圈电流的关系式。重点阐述了以DDS芯片AD9959为核心的三轴线圈驱动方案及输出信号的控制方法,为进一步研究微机器人在复杂弯曲环境下的驱动奠定了基础。