IPMC(Ionic Polymer-metal Composites)是一种新型电致形变高分子材料,它以聚合物薄膜为基体,通过化学镀的方法将贵金属颗粒渗透并沉积在膜的表面而形成的一种复合材料。IPMC具有体积小、质量轻、有柔性、驱动电压低、弯曲位移较大的优点,在其两侧电极上施加低电压可产生较大的弯曲变形,可以在潮湿环境或充水环境下正常工作,具有良好的生物相容性。本文利用IPMC的上述特点,针对临床上商用胶囊内窥镜只能在肠道的蠕动下被动运动的缺陷,设计了一种IPMC驱动的胶囊机器人,以期实现胶囊内窥镜在人体内运动的主动式控制。研究内容主要包括以下几个方面:1.制备IPMC驱动器。按照标准工艺通过化学镀的方法制备驱动胶囊机器人所需的IPMC,厚度为0.3mm。2.便携式IPMC测试装置的设计和加工。为方便IPMC的性能测试和应用,设计的测试装置将电源模块和控制模块集成到夹具体中,整体尺寸仅为65mm*45mm*47mm。装置可以输出正弦波和方波信号,信号的幅值、频率可分三档调节,其中幅值精度为0.1V,频率精度为0.1Hz。装置输出电流可达200m A以上,具备大电流带负载能力。测试结果表明装置输出信号准确,使用方便,性能可靠。3.胶囊机器人结构设计。首先对胶囊机器人功能进行规划,主要设计实现胶囊机器人在人体内的主动钳位和主动驱动功能。其次根据机器人的功能规划,对胶囊机器人整体结构进行设计并采用3D打印完成了结构加工;胶囊机器人直径为14mm,主要包括前盖,中部主体结构,尾部结构等部件。4.胶囊机器人主动控制与测试。针对胶囊机器人的尾鳍结构和驱动方式进行了仿生优化设计,完成了柔性鳍单元设计,并提出了单尾鳍和双尾鳍两种驱动方式;对两种驱动方式进行了测试,结果表明胶囊最大游动速度达到7mm/s,并根据测试结构分析总结了影响驱动效果的主要因素。最后针对胶囊机器人的主动钳位和主动驱动功能,在模拟肠道环境下,对胶囊机器人进行了功能测试和分析。