胶囊内窥镜机器人的外磁场驱动方法

研究了利用外部磁场驱动胶囊内窥镜机器人的方法. 我们将梯度线圈和匀场线圈进行组合，通过调整线圈加载电流以及线圈绕可平移病床的旋转来合成空间上梯度均匀、低场强区域可动态调整的驱动磁场，作用于机器人内置的永磁体,从而获得期望的驱动力和辅助转矩.仿真表明组合线圈构成的磁场环境对于驱动相当有利. 我们提出的驱动方法具有良好的可控性和安全性，为进一步研究梯度磁场驱动适于体内各种腔管的微机器人奠定了基础.     

主动可控内窥镜胶囊机器人研究

为了实现对人体胃肠道的无创诊疗,设计了一种尺蠖式内窥镜胶囊机器人。机器人采用直流电机作为动力源,通过双轴复用减速器和丝杆螺母机构把旋转运动转化为两个串行的直线运动,分别驱动机器人的径向和轴向伸缩,并按照一定的时序配合实现尺蠖运动。此外,还讨论了机器人的结构、运动原理以及运动的可行性。为了检验机器人运动的可行性,做了一系列测试驱动器驱动能力的实验。实验结果表明,驱动器可以提供平稳可靠的轴向和径向力,满足机器人在胃肠道运动的需求。     

基于彩色图像插值算法的胶囊机器人微视觉

针对胶囊机器人小体积对其携带能量的限制,提出了胶囊机器人微视觉技术的思想;直接利用其内部的基于Bayer型彩色过滤阵列的图像传感器采集到的RAW RGB数据来进行传输、存储操作,其他的工作交给后期的计算机工作站完成;对于计算机工作站上图像显示的工作,提出采用一种基于最优化彩色空间转换的多梯度彩色插值算法;该算法首先利用多梯度算子来恢复绿色分量,然后在一个最优化彩色空间内恢复另外两个颜色分量;通过体外环境和模拟体内黑暗液体环境下的实验结果显示,此插值算法相对于传统的插值算法减小了误差,调高了峰值信噪比,改善了图像的边缘模糊现象,并验证了此方法能够满足内窥镜检测技术所需要的图像效果。     

基于DDS技术的胶囊微机器人外旋转磁场驱动方法

针对微机器人有缆驱动的缺点,介绍了一种以外旋转磁场驱动内嵌永磁体的胶囊微机器人游动的无缆驱动方法。阐述了胶囊微机器人的驱动原理与旋转磁场的产生方法,并结合直接数字频率合成（DDS）技术,开发了以单片机AT89S52和DDS芯片AD9854为核心的旋转磁场驱动信号源。对系统进行软硬件设计和调试,产生的两路正余弦信号可驱动两组亥姆霍兹线圈产生旋转磁场。     

形状记忆合金驱动的蛇形机器人运动仿真研究

基于Serpenoid 曲线建立了蛇形机器人行波运动和攀爬运动的运动学、动力学模型,根据模型提出一种具有万向节功能的pitch-roll 模块,利用形状记忆合金驱动器具有结构小和只受温度变化影响两大特点建立了蛇形机器人关节。应用MSC/ADAMS 虚拟样机软件对基于形状记忆合金驱动蛇形机器人进行行波运动和攀爬运动的动力学分析,并对仿真过程中遇到问题提供了解决办法。模型仿真效果非常理想,完全达到设计要求,为下一步研制物理样机提供了理论指导,也为其他仿生机器人的研究提供了参考。     

微机电系统折叠梁开关低功耗方法研究与仿真

研究微机电系统中的功率消耗优化问题。微机电系统中利用折叠梁开关中的电容充放电控制一些大型的电路,当开关需要驱动较为复杂的电路时,为达到驱动效果,开关需要较大弹性系数的电容。传统的微机电系统工作原理中,电容的弹性系数和驱动电压成正比。过大的电容弹性系数将导致驱动电压过大,消耗的有效功率过高。为此,提出一种弹性敏感动态参数优化方法。通过建立折叠梁开关电容弹性系数的动态估计模型,确定功率的变化敏感性,通过充分研究电容弹性系数的动态估计模型,确定系统功耗与弹性系数的关联程度,保证参数时域内达到最优。实验表明,改进方法有效降低了微机电系统的功率消耗,取得了较好的效果。     

机器人技术主题2002年度工作综述报告

２００２年是国家“十五”计划的第二年 ,是播种希望 ,培育希望最重要的一年。在领域办和专家委的领导下 ,机器人技术主题顺利完成了２００２年各项预定的任务 ,为“十五”计划的顺利完成奠定了基础。围绕主题战略目标 ,机器人技术主题主要工作进展表现为以下几个方面 :１．在战略性高技术制高点方面针对国家迫切需要的战略性必争高技术和竞争前核心技术 ,主题依托国防科工委完成了面向国防飞机、战略导弹、装甲车等加工制造的重大数控关键技术装备的可行性论证 ,部署了面向超大型发电机叶片加工制造、大型舰艇螺旋桨加工制造等精密加工高精…     

压电/磁电复合式MEMS振动驱动微能源的研究

为了满足无线传感网络节点对供电电源的自供电、低功耗、持续稳定供电的要求,研究了一种可以将环境中机械能转化为电能的MEMS压电-磁电复合式振动驱动微能源,结合压电转换与磁电转换把振动能转换为电能。建立数学模型,用有限分析软件Ansys12.0对不同尺寸的四悬臂梁-中心质量块结构进行力学特性分析,并对加工出的器件进行性能测试。测试结果表明,谐振频率为290Hz下,器件输出电压峰峰值随振动加速度的增加呈线性增加,1 m/s2和6 m/s2激励下有效输出电压分别为61mV和324mV,有望为无线网络传感节点提供性能高、寿命长、自供给的供电电源。     

微机械加速度传感器及应用

叙述了各种微机械加速度传感器的工作原理、特点、研究现状及发展趋势。     

胶囊式微型机器人驱动转矩的研究

提出一种外旋转磁场驱动的具有径向间隙自补偿功能的胶囊式微型机器人模型．对机器人的驱动转矩特性进行了研究,建立了磁驱动转矩数学模型．根据机器人在流体中的阻力矩特性,研究了磁驱动转矩克服流体阻力矩引起的机器人丢步转速现象,分析了丢步转速与螺旋结构参数的关系．游动试验表明,机器人磁驱动系统没有发生丢步现象,通过径向间隙调整,可以实现胶囊机器人推力与阻力矩的控制．     

微型腿式胶囊机器人的设计与分析

针对目前主动式胶囊机器人存在的安全性和有效性问题,提出了一种基于伸缩和平移机构的腿式胶囊机器人.其中,伸缩机构采用微型连杆结构,平移结构采用丝杠-螺母结构.在空间位置、速度和输出力等约束条件下,对这两套驱动机构进行建模和分析,实现尺寸参数和电动机工作参数的优化.经过优化,伸展速度的范围为16.8 mm/s~34.2 mm/s,伸展力的范围为2.45 N~0.44 N,伸展效率的范围为92.8%~34.0%;而平移速度、平移推力和平移效率则基本保持恒定,分别为50 mm/min、4.20 N和50%.胶囊机器人驱动单元的长度和外径分别为33 mm和16 mm.最后,在离体猪结肠内测试该腿式胶囊平移机构机器人的性能,结果表明它可实现有效、安全的伸缩与平移运动,其平均速度可达25 mm/min.     

基于IPMC 驱动的自主微型机器鱼

本文从微小型鱼类的运动和受力分析入手,基于人工肌肉IPMC（离子聚合物金属复合材料）的特性, 进行微型机器鱼的结构和控制系统的设计．在此基础上实现仿小型鱼类的各种运动模式,然后,讨论了IPMC 驱动 器推进效率的优化．实验结果证明,基于IPMC 的厘米级机器鱼是可行的：通过改变控制信号的频率和占空比,实 现微型机器鱼的速度控制;通过控制胸鳍和尾鳍,实现上浮、下潜、转弯、巡游等运动模式．最后从尾鳍推进器的结 构角度分析了如何提高推进效率．     

微管道机器人的一种主体驱动机构的设计

从电磁力学出发,本文提出了一种基于电磁结构的微管道机器人主体驱动机构的设计方法.同时通过理论计算,给出了该机构的基本设计尺寸,为微管道机器人的结构设计、机械系统力的分配与确定提供了理论依据.     

一款用于无线胶囊内窥镜的微带天线设计与仿真

基于时域有限差分方法,采用真实人体数字三维模型,仿真了天线在人体消化道内辐射情况,分析了天线结构参数对天线辐射性能的影响。针对无线胶囊内窥镜(Wireless Capsule Endoscopy,WCE)在人体消化道内工作特点,设计了一款能够用于发送消化道内图像数据的WCE微带天线,该微带天线谐振频率为500 MHz,输入回波损耗S11-10 dB时相对带宽为8%,带内VSWR2.0,最后采用仿真优化后的结构参数和材料制作了天线,并进行了测试,得到了满足实际应用要求的微带天线。     

一种基于静电排斥力的纵向微驱动器研究

为了消除静电塌陷对静电吸引力微驱动器冲程的限制,设计了一种基于静电排斥力的纵向微驱动器实现结构,其可动电极和固定电极在工作过程中互相远离,可以从根本上解决静电塌陷问题,且冲程不受牺牲层厚度的限制;借助Maxwell2D软件,采用数值仿真方法,研究了微驱动器结构参数对静电排斥力大小的影响.数值仿真结果表明,梳齿电极水平间距,固定/可动梳齿电极宽度和两者的比值都是影响静电排斥力大小的关键因素.     

胶囊内窥镜磁定位算法改进及实验研究

针对胶囊内窥镜磁定位磁场计算模型复杂和实时性较差的问题,提出了一种逆推定位算法.在胶囊内窥镜磁偶极子模型基础上,建立了磁定位系统数学模型,采用一种快速的定位求解算法,以最小二乘法构建磁定位目标函数,根据阵列磁阻传感器的输出电压,通过线性算法计算出胶囊内窥镜中永磁体位置和方向的一个初值,使用非线性算法进行迭代,求解胶囊内窥镜永磁体位姿最优解,简化了定位算法的复杂度,实时性得到大大提高.同时搭建胶囊内窥镜磁定位系统,实验结果表明该设计是可行和有效的.     

飞艇电动舵机的研究与仿真分析

研究飞艇电动舵机稳定性控制问题,针对飞艇研制工程可靠性的需求,为保证飞艇空中按轨迹稳定飞行,提出采用飞艇电动舵机方案.根据电动舵机系统的指标和负载情况,选择直流无刷电机和光电编码器作为电动舵机的功率元件和位置传感器,建立了完整的电动舵机系统.为了不受外部扰动影响,采用了滑模控制理论,并利用Matlab平台对滑模控制系统进行了计算机建模仿真.结果证明给出了位置伺服系统在各种情况下稳态工作波形.仿真结果说明建立的舵机研究模型是可信的,响应完全符合电动舵机的特性,可以作为飞艇电动舵机的系统设计提供依据.     

胶囊内窥镜图像采集系统设计

研制了一种用于消化道图像采集并无线传送至体外的数字图像采集系统,该系统的图像传感器采用Microchip公司的CMOS数字图像传感器MT9D131.该图像传感器内嵌有JPEG压缩功能,可显著减小图像数据量,并降低对无线传送的带宽要求.生成的图像压缩数据由挪威Nordic公司的无线射频收发一体芯片nRF24L01传送至体外,接收端接收到的数据通过串口传送至上位机.实验结果证明,该图像采集系统成像质量好,可以用于诊疗胶囊内窥镜的原型设计.