微型机电系统、传感测试技术以及图像处理技术近年来取得了突飞猛进的发展,微型医疗胶囊机器人在此基础上也取得了一定的突破。主动驱动型胶囊机器人可实现人体胃肠道安全、有效的检测,必将成为医学界在胃肠道检测领域的里程碑。实现胶囊机器人的主动控制主要存在两个技术瓶颈：第一个技术瓶颈是要解决无缆驱动问题,磁驱动为解决能源供给问题提供了新途径,磁驱动主要有两种方式：一种是通过体外永磁体向胶囊内嵌磁体施加磁力实现驱动；第二种方法是通过外旋转磁场驱动内嵌磁铁的螺旋胶囊机器人实现旋进。第二个技术瓶颈是胃肠道内高效驱动原理的研究,以实现胶囊机器人复杂环境下的驱动行走。突破并提出空间万向磁场驱动技术和螺旋驱动方式,有效解决了上述两个技术瓶颈,对胶囊机器人领域的发展奠定了理论基础。评价机器人驱动性能的指标主要有三个：机器人表面平均流体动压力、稳态游动速度和液体扭转力矩。增加流体动压可实现机器人在肠道内的全悬浮,有效提高机器人的非接触游动性能,避免机器人与肠道内壁接触而引起的损伤；增加稳态游动速度可进一步提高诊断效率；减小液体扭转力矩可削弱机器人对肠道的扭曲作用,降低检测风险,改善患者体验。理想的机器人廓形应使三者均得到改善。首先,受仿生学的启发,提出驱动性能优良的花瓣型胶囊机器人,介绍了空间万向磁场产生机理。结合机器人外围流体的流动特性,基于库埃特流动理论对纳维斯托克斯公式进行简化,根据阶梯轴承压力分布规律,得到机器人外围流体的动压分布,运用牛顿内摩擦定律建立机器人轴向及周向受力方程。其次,从理论层面分析不同廓形机器人的驱动性能,并证明花瓣型多楔形效应胶囊机器人不仅有效提高了平均流体动压和稳态游动速度,同时又降低了液体扭转力矩,驱动性能得以全面提升。再次,通过ANSYS FLUENT对螺旋驱动胶囊机器人外围流场进行了可视化模拟,发现了临界边缘现象,它描述了花瓣型胶囊机器人周围旋转流场流动的物理过程,其封闭面积内的流体向前流动,其外的流体向后流动,处于边缘的流体静止不动。研究表明花瓣廓形改变了流体流动路径,流线在圆周方向呈现“花瓣形”,使流线更加密集,可实现机器人在肠道内的全悬浮与无损伤驱动。最后,加工制造四组机器人样机进行试验研究,发现花瓣型胶囊机器人显著降低了对肠道的扭转力矩,提高了机器人表面流体动压力和游动速度,验证了理论分析的正确性。花瓣型多楔形胶囊机器人综合性能的提升为最终的临床应用奠定坚实的基础。