膠囊機器人磁導(dǎo)航萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量的誤差研究.pdf

1、磁驅(qū)動膠囊機器人不僅能夠有效解決膠囊機器人驅(qū)動所需的能量問題，而且可以作為驅(qū)動源對膠囊機器人的運動和姿態(tài)進行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)人體胃腸道的高效、無創(chuàng)遍歷檢查，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景，同時也是國內(nèi)外研究的熱點。
　　本課題組研發(fā)出一種通過向三軸正交嵌套亥姆霍茲線圈提供三相正弦電流疊加空間萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量驅(qū)動膠囊機器人，實現(xiàn)全懸浮游動的花瓣型膠囊機器人系統(tǒng)。為了提高花瓣型膠囊機器人姿態(tài)調(diào)整與轉(zhuǎn)彎磁導(dǎo)航的精度，本文對膠囊機器人驅(qū)動磁矢量——空

2、間萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量的誤差問題進行研究和校正。
　　首先，基于空間萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量疊加原理，對旋轉(zhuǎn)磁矢量誤差的產(chǎn)生原因進行分析，得出三組亥姆霍茲線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)以及相位差不匹配不僅會使所生成的旋轉(zhuǎn)磁矢量產(chǎn)生方位誤差，還會使旋轉(zhuǎn)磁矢量的末端軌跡形狀發(fā)生改變，即產(chǎn)生磁矢量大小誤差。
　　其次，借助曲線論定理證明在線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)與相位差影響下所疊加的實際旋轉(zhuǎn)磁矢量的末端軌跡仍為平面曲線，在此基礎(chǔ)上建立了旋轉(zhuǎn)磁矢量方位誤差和大小誤差的數(shù)學(xué)模型。

3、并通過仿真分析，對旋轉(zhuǎn)磁矢量方位誤差和大小誤差規(guī)律進行研究。
　　旋轉(zhuǎn)磁矢量大小誤差的存在，導(dǎo)致膠囊機器人旋轉(zhuǎn)時的磁力矩發(fā)生波動，使得其穩(wěn)定性變差，甚至發(fā)生丟步現(xiàn)象，影響膠囊機器人的驅(qū)動效率;旋轉(zhuǎn)磁矢量方位誤差的存在，致使膠囊機器人的姿態(tài)控制不準(zhǔn)確，增加膠囊機器人行走過程中發(fā)生碰壁的風(fēng)險，不利于高效順利地完成整個胃腸道的診療。
　　為此，提出了雙誤差補償方法對旋轉(zhuǎn)磁矢量的誤差進行校正，其中包含基于三組線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)的電流幅值補