微型机器人外磁场驱动理论及实现方法研究

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体内介入治疗作为一种无痛苦、治疗效率高、回复周期短的新型医疗技术,受到越来越多的关注和研究。总结起来,体内介入治疗主要有以下四个应用方向:疏通心血管的堵塞,破坏人体局部病变组织,实现病情的诊断和精确药物输送投递。要实现体内介入治疗,设计一种无线驱动和控制的微型机器人是关键所在。外磁场作为一种容易产生的物理场,其对人体不会造成伤害,无副作用,使用的场合受环境的影响小,很适合微型机器人无线供能,实现驱动和控制的目的。目前外磁场驱动和控制微型机器人的方式中,或者微型机器人结构要求较高,设计加工较为困难,或者驱动效率不高,微型机器人控制方法复杂。针对以上一些问题,研究者们希望找到一种新的驱动方法。粘滑运动作为一种驱动效率高,控制方法简单,对微型机器人结构要求低的新型驱动方式,在本文中被阐述和应用。以此为基础,设计了一整套微型机器人外磁场驱动系统。本文首先阐述了粘滑运动原理,然后依此为理论基础,用Pro/E设计了三对亥姆霍兹线圈两两正交的驱动平台结构。提出了用计算机编程产生驱动控制信号,经功率放大器进行电压放大的线圈电压加载方案。在此方案基础上,用Protel设计了一个功率放大器,用LabVIEW编写了驱动程序。通过编程,实现了用操作手柄对微型机器人实时操作,采用摄像头采集微型机器人运动图像,实现了操作过程中的视觉反馈。建立的驱动系统表明,采用粘滑运动方式,微型机器人操作容易,转弯特性好,容易控制。最后,通过设计实验,探寻了激励信号频率、波形、幅偏比和偏移量与微型机器人运动速度关系。
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