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IPMC(Ionic Polymer Metal Composites)是一种新型智能材料,具有驱动电压低,形变位移大,质量轻,柔性好,响应迅速等优点。其优异的电致动特性和良好的生物相容性使其在仿生医学领域的应用研究日益得到重视。本文针对目前临床上商用胶囊内窥镜无法实现主动控制的缺陷,设计一种IPMC驱动的胶囊机器人,研究基于IPMC驱动胶囊机器人推进性能的影响因素并进行优化,提升胶囊机器人IPMC驱动的稳定性和推进性能。研究内容主要包括以下几个方面:(1)按照标准工艺通过化学镀的方法制备胶囊机器人所需的IPMC驱动材料;为胶囊机器人推进性能优化实验提供所需的控制信号。(2)对胶囊机器人进行功能规划,主要实现胶囊机器人在人体内的主动钳位和主动驱动功能。对胶囊机器人整体结构进行设计并采用激光3D打印加工。针对胶囊机器人尾部IPMC驱动进行仿生设计,并在单尾鳍推进模式的基础上进行优化,提出双尾鳍推进模式的胶囊机器人。(3)对胶囊机器人进行驱动测试,分析胶囊机器人推进性能的影响因素并进行优化。实验表明,双尾鳍结构胶囊机器人最大游动速度可达到15 mm/s。搭建测试平台在模拟肠道环境下实现胶囊机器人的主动驱动和主动钳位功能。(4)使用三维力传感器搭建推进力测试平台,测量不同尾鳍结构下胶囊机器人的推进力,并用ANSYS FLUENT进行流体动力学仿真。研究结果表明,相对于单尾鳍结构胶囊,双尾鳍结构胶囊速度提升约25%-30%,推进力提升约40%-50%。双尾鳍结构胶囊机器人克服了单尾鳍推进存在的侧向摆动问题,保证了胶囊机器人运动时的稳定性,提高了推进速度与推进力,有利于胶囊在人体内的主动控制和医疗作业。