磁控胶囊机器人同时定位与驱动技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:feiyang187
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在消化道中,全球肠胃癌死亡人数占癌症死亡总数的17.1%。造成这一比例的主要原因是:人们饮食不规律,身体不锻炼。目前,肠胃疾病的检查方式主要是通过肠胃内窥镜的摄像头去观察胃肠中的病灶,肠胃内窥镜是通过人体的自然腔道机械式插入到人体的胃部或者肠部的软体管。在这个过程中,患者会感到极大不适,严重的会引起患者腹部疼痛甚至肠胃损伤等危险,因此胶囊机器人的出现极大提高了患者对于肠胃病的就医体验。胶囊机器人的外观类似于胶囊,其中包含许多模块:驱动模块,采样模块,应用模块,视觉模块等。为了使胶囊机器人可控,应实时反馈其位置信息,以实现其同时定位和驱动。为了解决同时驱动与大范围定位的问题,本文提出了一种移动式阵列的磁定位方法,将电磁驱动线圈与磁定位阵列固定在丝杠平台上,达到大范围定位与精准驱动。丝杠平台带动电磁线圈和磁传感器阵列,通过磁定位算法计算出胶囊机器人在阵列坐标系下的坐标值,反馈给电磁线圈进行更加精准的控制。为胶囊机器人的采样、施药等功能做出定位与驱动的贡献。在三个磁场模型的研究基础上,将矩形线圈模型分别与磁偶极子模型和数学积分模型组合为两个模型,通过对两个模型的分析比较,选取了矩形线圈模型和磁偶极子模型。根据选出的模型与实际的环境需求,搭建了一套磁驱定位平台。可移动式磁传感器阵列解决了磁定位的定位范围窄的缺点,由于电磁线圈的中心区域磁场强度最大,胶囊机器人的移动方向始终朝着电磁线圈的中心线移动,使得胶囊机器人处于磁传感器阵列的定位范围内,最终利用胶囊机器人的位置信息进行更加精准的驱动。实验结果表明,可移动式阵列磁定位的方法具有良好的位置和方向精度,并能够进行大规模定位。在静态实验中,平均位置误差是2.16 mm,平均方向误差是1.56°;在动态实验中进行了直线、斜线和圆弧开环运动,其中平均位置误差均小于10 mm,平均方向误差均小于15°。实验验证了移动式阵列定位方法的有效性,对胶囊机器人的同时定位与驱动提供了一种新思路,促进磁驱定位的发展。
其他文献
研究目的:心力衰竭是目前临床上最常见的心脏疾病之一,是各种心脏病变的严重并发症和最终阶段。现阶段心力衰竭已经成为当代60岁以上的老年人群中反复住院和病死的关键原因之一,造成目前这种严峻现象的原因之一就是心力衰竭缺乏具备早期诊断、可针对性治疗以及预后评估能力的生物学标志物。而环状RNA是一类利用共价键将其首尾接合呈环形的内源性RNA分子,其结构稳定、进化保守、表达量高、表达特异性等特点使其具有成为生
学位
装配行为识别技术对于监测工厂工人装配流程、提高产品的装配效率等方面具有研究意义和价值。通过引入惯性传感器采集装配人员双手手腕在装配过程中的运动信息,目的是改善纯视觉信息下由于遮挡、不完全拍摄和装配物件小等原因给行为识别带来的影响,从而来提高装配行为识别准确率。搭建了一套多模态信息装配行为识别数据采集系统,主要由相机和两个IMU惯性传感器分别采集装配过程中俯拍视频信息和装配员双手手腕的三轴运动加速度
学位
绳索驱动机械臂在太空维修、核电设备检测、灾害环境探测中具有重要的应用前景。然而,由于绳索仅能在张紧状态下提供单向动力,因而传统绳驱机械臂的驱动绳数量大于总自由度数,且从驱动空间到关节空间的运动学存在非线性、非一致性映射,导致驱动变量与关节变量之间的正、逆向求解模型复杂,各驱动绳之间存在运动学耦合,使得绳驱机械臂的求解效率低、运动精度难以提高。基于此,本文研制了一种具有独立驱动和线性解耦功能的绳驱机
学位
目的:系统性探究33个粘附性G蛋白偶联受体家族蛋白(Adhesion G protein-coupled receptors,aGPCRs)在胰腺癌中的表达情况及其细胞学功能,挖掘潜在的胰腺癌生物标志物和临床治疗靶点。方法:利用Oncomine、GEPIA2数据库检测aGPCRs在胰腺癌中转录组水平的表达情况,利用K-M plotter数据库检测异常表达的aGPCRs与患者预后的相关性;利用免疫组
学位
研究背景和目的:膝关节骨性关节炎患者软骨损伤以内侧间室最为多见,多采用膝关节单髁置换术(UKA)治疗。以往对膝关节内侧间室软骨损伤的诊断可通过膝关节X线提示的关节间隙狭窄、软骨下骨硬化或骨赘增生等间接征象进行判别,但主观性较大。目前临床上对膝关节内侧软骨损伤的诊断多采用磁共振成像(MRI)的方法,但MRI也有其局限性,其不仅价格昂贵,而且存在一定的禁忌症,且诊断过程中患者个体差异或不同检查设备等对
学位
背景与目的:骨水泥占位器广泛应用于假体周围感染(PJI)的二期翻修手术中。目前的骨水泥占位器设计存在一定的缺陷,导致其药物释放效率较低。在这项研究中,我们对临床常用的载万古霉素骨水泥,评价了其抗生素洗脱性能、极限抗压强度、生物相容性和体外抗菌效果。并探索了一套使用3D打印技术辅助制造的载万古霉素关节型占位器,预计这种新型的占位器将提高PJI翻修手术的有效性。方法:在体外实验中,将不同剂量的两种万古
学位
如今,社会分工逐渐精细化。各行业领域,如物流运输、流水线装配等为追求效率的提高已逐渐通过各种智能装备替代人力的参与。近年来,作为先进装备代表之一的无人机因其灵活性高、作业不受限于地形等优势在影视摄像、搜索救援等方面大放异彩。随着无人机技术的不断发展,人们赋予给无人机的任务种类也越来越多样。然而,为保证无人机的灵活性,机体体积受限导致单个无人机的能力始终有限,且存在搜索范围小、环境适应能力低和持续作
学位
随着机器人应用场景的日趋复杂,研究者在自然界生物的启发下研究出了许多具有较强环境适应性的仿生机器人。其中,仿蠕虫机器人因其运动的稳定性和灵活性而得到了越来越多的关注。目前的仿蠕虫机器人多采用形状记忆合金、电机或气动等方式来对机器人的多个关节进行控制以实现运动,它们的缺点在于结构相对复杂,难以小型化,且响应速度比较慢。为解决上述问题,利用折纸机构设计了一种磁驱动式的仿尺蠖机器人,制作了样机,开展了相
学位
随着电子信息行业的蓬勃发展,作为元器件载体的PCB板的市场规模持续扩大。市场对PCB板也提出了更高的加工要求,芯片高度集成且引脚布置越发密集。PCB板微孔加工通常采用机械钻孔的方式。微型钻头主要生产流程包括:进料检验、磨槽、磨尖、磨背、磨钻径,其中最重要的工序为磨槽磨尖。为了提高刚度,微型钻头的螺旋槽常设计为变螺旋角形状,传统的加工方式不再适用。为了解决磨槽这一关键工序,系统地提出了高速高精度的P
学位
研究背景:食管胃结合部腺癌(Adenocarcinoma of the Esophagogastric Junction,AEG)是指肿瘤中心位于食管与胃结合部上下5cm范围以内的肿瘤,其在西方国家的发病率大约占所有食管癌和胃腺癌的三分之一以上。目前临床上的治疗方式主要是以手术为基础的综合治疗方法。SiewertⅠ型和Ⅲ型AEG手术方式已无争议,但SiewertⅡ型AEG手术方式尚未统一。普外科医
学位