本文關(guān)鍵詞：膠囊機(jī)器人磁導(dǎo)航萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)磁矢量的誤差研究

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【摘要】：磁驅(qū)動(dòng)膠囊機(jī)器人不僅能夠有效解決膠囊機(jī)器人驅(qū)動(dòng)所需的能量問(wèn)題,而且可以作為驅(qū)動(dòng)源對(duì)膠囊機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)進(jìn)行控制,能夠?qū)崿F(xiàn)人體胃腸道的高效、無(wú)創(chuàng)遍歷檢查,具有廣闊的臨床應(yīng)用前景,同時(shí)也是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本課題組研發(fā)出一種通過(guò)向三軸正交嵌套亥姆霍茲線圈提供三相正弦電流疊加空間萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)磁矢量驅(qū)動(dòng)膠囊機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)全懸浮游動(dòng)的花瓣型膠囊機(jī)器人系統(tǒng)。為了提高花瓣型膠囊機(jī)器人姿態(tài)調(diào)整與轉(zhuǎn)彎磁導(dǎo)航的精度,本文對(duì)膠囊機(jī)器人驅(qū)動(dòng)磁矢量——空間萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)磁矢量的誤差問(wèn)題進(jìn)行研究和校正。首先,基于空間萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)磁矢量疊加原理,對(duì)旋轉(zhuǎn)磁矢量誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析,得出三組亥姆霍茲線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)以及相位差不匹配不僅會(huì)使所生成的旋轉(zhuǎn)磁矢量產(chǎn)生方位誤差,還會(huì)使旋轉(zhuǎn)磁矢量的末端軌跡形狀發(fā)生改變,即產(chǎn)生磁矢量大小誤差。其次,借助曲線論定理證明在線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)與相位差影響下所疊加的實(shí)際旋轉(zhuǎn)磁矢量的末端軌跡仍為平面曲線,在此基礎(chǔ)上建立了旋轉(zhuǎn)磁矢量方位誤差和大小誤差的數(shù)學(xué)模型。并通過(guò)仿真分析,對(duì)旋轉(zhuǎn)磁矢量方位誤差和大小誤差規(guī)律進(jìn)行研究。旋轉(zhuǎn)磁矢量大小誤差的存在,導(dǎo)致膠囊機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁力矩發(fā)生波動(dòng),使得其穩(wěn)定性變差,甚至發(fā)生丟步現(xiàn)象,影響膠囊機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)效率；旋轉(zhuǎn)磁矢量方位誤差的存在,致使膠囊機(jī)器人的姿態(tài)控制不準(zhǔn)確,增加膠囊機(jī)器人行走過(guò)程中發(fā)生碰壁的風(fēng)險(xiǎn),不利于高效順利地完成整個(gè)胃腸道的診療。為此,提出了雙誤差補(bǔ)償方法對(duì)旋轉(zhuǎn)磁矢量的誤差進(jìn)行校正,其中包含基于三組線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)的電流幅值補(bǔ)償和基于直線極化相對(duì)相位差的電壓相位補(bǔ)償。最后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)本文所提出的采用雙誤差補(bǔ)償方法對(duì)旋轉(zhuǎn)磁矢量的誤差進(jìn)行校正的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過(guò)雙誤差補(bǔ)償法校正之后的旋轉(zhuǎn)磁矢量,其方位精度與穩(wěn)定性得到明顯提高,保證膠囊機(jī)器人姿態(tài)控制的準(zhǔn)確性和行走的穩(wěn)定性,促進(jìn)了膠囊機(jī)器人的臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：膠囊機(jī)器人 亥姆霍茲線圈 萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)磁矢量 磁矢量誤差模型 雙誤差補(bǔ)償法
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-27
• 1.1 國(guó)內(nèi)外膠囊機(jī)器人研究現(xiàn)狀10-23
• 1.1.1 被動(dòng)式膠囊機(jī)器人10-13
• 1.1.2 電能驅(qū)動(dòng)式膠囊機(jī)器人13-18
• 1.1.3 磁能驅(qū)動(dòng)式膠囊機(jī)器人18-23
• 1.2 膠囊機(jī)器人研究現(xiàn)狀分析23-25
• 1.3 亥姆霍茲線圈研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)介25
• 1.4 研究意義及研究?jī)?nèi)容25-27
• 2 花瓣型膠囊機(jī)器人醫(yī)療系統(tǒng)27-32
• 2.1 系統(tǒng)概述27-28
• 2.2 膠囊機(jī)器人結(jié)構(gòu)介紹28
• 2.3 三軸亥姆霍茲線圈裝置簡(jiǎn)介28-29
• 2.4 理想旋轉(zhuǎn)磁矢量疊加原理29-31
• 2.5 小結(jié)31-32
• 3 空間萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)磁矢量誤差分析32-45
• 3.1 誤差產(chǎn)生原因分析32-34
• 3.2 誤差模型建立34-38
• 3.2.1 曲線論定理35-36
• 3.2.2 磁矢量方位誤差模型36-38
• 3.2.3 磁矢量大小誤差模型38
• 3.3 仿真分析38-44
• 3.4 小結(jié)44-45
• 4 空間萬(wàn)向旋轉(zhuǎn)磁矢量誤差校正45-52
• 4.1 電流幅值補(bǔ)償45-46
• 4.2 電壓相位補(bǔ)償46-50
• 4.2.1 磁場(chǎng)極化特性47-49
• 4.2.2 直線極化相對(duì)相位差補(bǔ)償方法49-50
• 4.3 補(bǔ)償后磁矢量疊加效果分析50-51
• 4.4 小結(jié)51-52
• 5 試驗(yàn)52-60
• 5.1 誤差校正驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)52-57
• 5.2 新型膠囊機(jī)器人探索實(shí)驗(yàn)57-59
• 5.3 小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：729894