摘要
在消化道中，全球肠胃癌死亡人数占癌症死亡总数的17.1%。造成这一比例的主要原因是:人们饮食不规律，身体不锻炼。目前，肠胃疾病的检查方式主要是通过肠胃内窥镜的摄像头去观察胃肠中的病灶，肠胃内窥镜是通过人体的自然腔道机械式插入到人体的胃部或者肠部的软体管。在这个过程中，患者会感到极大不适，严重的会引起患者腹部疼痛甚至肠胃损伤等危险，因此胶囊机器人的出现极大提高了患者对于肠胃病的就医体验。胶囊机器人的外观类似于胶囊，其中包含许多模块:驱动模块，采样模块，应用模块，视觉模块等。为了使胶囊机器人可控，应实时反馈其位置信息，以实现其同时定位和驱动。 为了解决同时驱动与大范围定位的问题，本文提出了一种移动式阵列的磁定位方法，将电磁驱动线圈与磁定位阵列固定在丝杠平台上，达到大范围定位与精准驱动。丝杠平台带动电磁线圈和磁传感器阵列，通过磁定位算法计算出胶囊机器人在阵列坐标系下的坐标值，反馈给电磁线圈进行更加精准的控制。为胶囊机器人的采样、施药等功能做出定位与驱动的贡献。 在三个磁场模型的研究基础上，将矩形线圈模型分别与磁偶极子模型和数学积分模型组合为两个模型，通过对两个模型的分析比较，选取了矩形线圈模型和磁偶极子模型。根据选出的模型与实际的环境需求，搭建了一套磁驱定位平台。可移动式磁传感器阵列解决了磁定位的定位范围窄的缺点，由于电磁线圈的中心区域磁场强度最大，胶囊机器人的移动方向始终朝着电磁线圈的中心线移动，使得胶囊机器人处于磁传感器阵列的定位范围内，最终利用胶囊机器人的位置信息进行更加精准的驱动。 实验结果表明，可移动式阵列磁定位的方法具有良好的位置和方向精度，并能够进行大规模定位。在静态实验中，平均位置误差是2.16mm，平均方向误差是1.56°；在动态实验中进行了直线、斜线和圆弧开环运动，其中平均位置误差均小于10mm，平均方向误差均小于15°。实验验证了移动式阵列定位方法的有效性，对胶囊机器人的同时定位与驱动提供了一种新思路，促进磁驱定位的发展。
NETL