医用微型胶囊机器人双变量磁力矩控制研究*

楚 庄,王元利,迟明路,刘荣升,钱晓艳,邢 倩,邱亚琴,任沁超,任瑞华

(1.河南工学院 材料科学与工程学院,河南 新乡 453003;2.河南工学院 智能工程学院,河南 新乡 453003;3.河南工学院 经济学院,河南 新乡 453003;4.江苏汇博机器人技术股份有限公司,江苏 苏州 215121)

0 引言

目前,使用医用微型胶囊机器人对消化道疾病进行诊治是全世界公认的最有效手段。一般胶囊机器人是在适合人体吞咽的胶囊内嵌入微型摄像头以每秒几帧的速度对消化道内壁拍摄照片[2],并通过无线传输的方式将照片传送给体外接收设备,便于医生进行初步筛查。与传统内镜相比,胶囊机器人具有安全、无创等特点[3,4]。但一般胶囊机器人严重依赖于肠道蠕动力,无法自我推进,甚至还存在漏检和滞留人体内的危害,这些不足限制了胶囊机器人的广泛应用[5,6]。本文提出一种磁控主动式螺旋医用微型胶囊机器人及双变量磁力矩解耦控制方法,通过解耦坐标变换将控制变量由三个减少为两个,进而达到解耦控制的目的。通过分析俯仰角和侧摆角与磁力矩相互关系可知,俯仰角和侧摆角都与微型胶囊机器人的运动方向有关。俯仰角和侧摆角越接近0°,微型胶囊机器人的运动状态越稳定。当俯仰角和侧摆角同时等于0°时,平均总磁力矩达到最小值。控制变量的解耦降维控制方法具有操作简便的特点,使转弯磁力矩分析、计算过程变得简单,提高了磁场控制的可操作性与实用性,为以后的弯曲环境内轨迹规划、磁力矩分析及运动控制奠定了理论基础。……