电磁生物工程研究组
 
 
    博士毕业论文

微型机器人的磁定位方法及驱动方式的研究
作者:王 喆  日期:2013-11-12     【背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 】  【字体:
 

   微型医疗机器人可以实现人体血管、肠道内的窥视、诊断、注药和修补等功能,但微型机器人定位的精确性、驱动的灵活性等存在一定的问题。本文就一种仿趋磁细菌的微型机器人的定位方法和磁性微型机器人的驱动方式进行了深入的研究,提出了一种可以应用在高背景磁场下的差分磁定位方法以及实现了一种外旋转磁场的驱动方式。此种差分磁定位方法和外旋转磁场的驱动方式将为微型机器人,尤其为医疗微型机器人的应用提供一种新的思路。 论文的主要研究内容如下: 针对高背景均匀磁场或对称磁场,论文提出了一种差分磁定位方法。该方法在背景磁场相等的空间对称位置点处布置磁传感器,采用差分方式,将传感器组中相等的背景磁场作为共模信号去除,得到用于定位的永磁块的磁信号差值。求解包含永磁块位置和姿态信息变量的差分磁定位方程组,即可获得永磁块的位置和姿态信息,完成定位过程。依据差分磁定位方法和算法,进行了永磁块定位的仿真和实验,验证了差分磁定位方法和算法的有效性。 将高背景磁场下的差分磁定位方法应用到仿趋磁细菌的微型机器人系统上,设计了磁定位系统。磁定位系统由差分结构的传感器阵列、信号处理模块和算法系统组成。传感器阵列采用八组差分结构的传感器组以及差分放大电路组成;信号处理模块包括同相放大电路、低通滤波电路以及A/D转换电路;算法系统根据检测到的磁信号和差分磁定位算法计算得到永磁块的位置和姿态。并在磁定位系统上进行了永磁块的离线测量实验,实验结果表明该磁定位系统在均匀背景磁场下,可以很好对永磁块进行位置和姿态的定位。在我们提出的主动螺旋推进和外磁场导向组合驱动方式的仿趋磁细菌的微型机器人系统平台上,进行了微型机器人的“L”型轨迹的在线测量实验,结果表明微型机器人可以按照预设的期望轨迹运行,微型机器人系统平台为可用的。微型机器人的磁定位结果表明,在导向磁场下,磁定位系统可以确定微型机器人的姿态和大致位置。 针对微型机器人的小型化和姿态可控,依据我们提出的一种空间任意旋转轴的旋转磁场发生原理,制备旋转磁场实验发生装置,并制备了实验用磁性微型机器人。采用旋转磁场实验发生装置,完成磁性微型机器人的驱动实验。实验表明微型机器人在外旋转磁场驱动下按照旋转轴方向很好的运行。

 
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