膠囊機(jī)器人彎曲環(huán)境驅(qū)動控制策略優(yōu)化.pdf

1、自主型膠囊機(jī)器人作為當(dāng)前無創(chuàng)介入式診療技術(shù)的發(fā)展方向與研究熱點(diǎn)，能夠有效地繼承和發(fā)展被動式膠囊內(nèi)窺鏡在臨床應(yīng)用中的優(yōu)勢和作用。無纜磁驅(qū)式膠囊機(jī)器人具有安全、可靠、操作簡單、供能不受限制等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為自主型膠囊機(jī)器人最有應(yīng)用前途的驅(qū)動方式之一。
　　目前，大連理工大學(xué)膠囊機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)三軸正交亥姆霍茲線圈驅(qū)動下膠囊機(jī)器人在彎曲環(huán)境中的轉(zhuǎn)彎游動，本文在此基礎(chǔ)上，對膠囊機(jī)器人在彎曲環(huán)境中所采取的轉(zhuǎn)彎驅(qū)動控制策略的優(yōu)化進(jìn)行了研究

2、，以提高膠囊機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎游動性能，降低轉(zhuǎn)彎時姿態(tài)的不穩(wěn)定擺動。
　　首先，構(gòu)建了以轉(zhuǎn)彎平均速度和轉(zhuǎn)彎平均軌跡偏移量為膠囊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎游動性能的綜合評價指標(biāo)體系，并以這兩個指標(biāo)作為優(yōu)化的目標(biāo)，建立了求解最優(yōu)轉(zhuǎn)彎驅(qū)動控制策略的多目標(biāo)優(yōu)化問題(MOOP)，采用基于影響度因子的模糊綜合優(yōu)選方法求解得到了優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)彎平均速度和轉(zhuǎn)彎平均軌跡偏移量的最優(yōu)值，并得到了最優(yōu)轉(zhuǎn)向角與最優(yōu)驅(qū)動距離。
　　然后，以MOOP的最優(yōu)解為基礎(chǔ)，對空間磁矢量

3、施加方向進(jìn)行優(yōu)化，以將膠囊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時磁力矩擺動分量對姿態(tài)的的非轉(zhuǎn)彎擺動的影響降到最低，同時保持膠囊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎效果不變，并保證自轉(zhuǎn)驅(qū)動力矩的大小。以空間磁矢量相對與初始磁矢量方向的變換角度為決策變量，將上述目標(biāo)通過主要目標(biāo)法化成單目標(biāo)后，求解此優(yōu)化問題，得到了優(yōu)化后空間磁矢量的施加方向。
　　隨后，根據(jù)彎曲環(huán)境與膠囊機(jī)器人尺寸的幾何約束，研究了膠囊機(jī)器人在圓弧彎管、轉(zhuǎn)角彎管內(nèi)的非接觸通過性以及相應(yīng)的萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量的控制策略。首先根

4、據(jù)路徑規(guī)劃，推導(dǎo)了膠囊機(jī)器人在彎曲環(huán)境內(nèi)實(shí)現(xiàn)非接觸轉(zhuǎn)彎游動所需要轉(zhuǎn)彎位置、轉(zhuǎn)向角和驅(qū)動距離;為了順利實(shí)現(xiàn)膠囊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎磁矢量控制，基于上述參量，建立了萬向旋轉(zhuǎn)磁矢量的空間變換模型。
　　最后，搭建了由三軸正交亥姆霍茲線圈系統(tǒng)、三相變頻電源調(diào)節(jié)裝置、花瓣?duì)钅z囊機(jī)器人和彎曲管道等所構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)平臺，進(jìn)行了膠囊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎驅(qū)動控制策略優(yōu)化與非接觸通過性的驗(yàn)證試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了膠囊機(jī)器人彎曲環(huán)境轉(zhuǎn)彎驅(qū)動控制策略優(yōu)化對機(jī)器人轉(zhuǎn)彎游動性能的提高