三軸亥姆霍茲線圈的物理特性及其應(yīng)用的研究.pdf

1、很長時期以來，腸道疾病的患者承受著巨大的痛苦，隨著人們生活水平的提高，消化道醫(yī)療機器人這種具備無損診療能力的設(shè)備逐漸走入了人們的視野，世界上許多國家紛紛斥資對這種先進(jìn)的醫(yī)療裝備進(jìn)行研究。目前，膠囊機器人的研究正在從有纜驅(qū)動和被動蠕動向無纜驅(qū)動和主動控制的方向發(fā)展，膠囊機器人的研制成功將具有非凡的意義，它也將是臨床醫(yī)療史上一次重大的飛躍。
　　本文在磁驅(qū)動螺旋形膠囊機器人系列課題的研究的基礎(chǔ)上，研究了對膠囊機器人進(jìn)行無纜驅(qū)動的空間萬

2、向磁場的產(chǎn)生機理，分析了磁場的均勻性，并對磁場的梯度等物理特性進(jìn)行了分析和探討。通過數(shù)值分析得出了機器人在磁場中受到的磁場拉力，并由此解釋了驅(qū)動試驗中機器人的振動及其運動的不確定性等實驗現(xiàn)象的原因。
　　本文還從能量的角度分析了磁場空間能量的產(chǎn)生原理，討論了能量在電能、熱能、磁能和機械能這幾種形式之間的轉(zhuǎn)化過程。本文還分析了導(dǎo)致磁場能量分布產(chǎn)生變化的因素，并推導(dǎo)出了磁場能量的理論表達(dá)式，通過磁場能量的理論推導(dǎo)出了機器人所受到的磁力

3、矩的能量表達(dá)式。
　　此前設(shè)計的試驗用三維線圈的尺寸較小，線圈之間的空隙不能夠讓病人順利通過，只能用來做一些動物離體實驗。為了使磁場產(chǎn)生設(shè)備能夠勝任未來的臨床試驗，并使線圈消耗的功率最小，本文參考了人體工程學(xué)理論，通過多目標(biāo)優(yōu)化的方法對線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了功耗優(yōu)化，設(shè)計了一種適合絕大部分病人體型的大尺寸三維線圈。
　　膠囊機器人找到腸道的病灶位置之后，需要針對病灶部位實施針對性的施藥治療，為了實現(xiàn)這一目的，本文在機器人內(nèi)部設(shè)