管内微型游动机器人驱动控制及定位技术研究

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1、人连理1。火学硕十学位论文摘要微型磁控游动机器人具有体积小、响应快、能耗低、性能可靠等特点，在生物医学工程领域具有广阔的应用前景，如用来实现体内介入治疗。目前，体内介入治疗是外科诊疗与手术发展的必然趋势，其具有微创、无痛苦、治疗费用低等特点，而在管内微机器人的特性测试阶段，采用良好的驱动技术与定位方法尤为重要。基于所研究的微机器人，本文在这两方面提出了实用的解决办法。本文首先对双面磁致伸缩薄膜(GMF)的特性进行了介绍，依据仿生游动机理建立了微型游动机器人的运动方程，提出了组合线圈的方案完成对微型机器人的驱

2、动，对组合线圈进行了功率优化以及内部磁场均匀化，同时完成其驱动控制电路的研制。然后，本文提出了采用超声波测距原理，实现微型机器人管道内部在线定位的技术方案，对微型机器人管内超声波定位原理进行了分析，完成了超声波传感器的驱动、接收等模拟电路的设计与丌发，文中具体采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成了超声波定位数字部分的计时、控制等电路的研制，采用超高速硬件电路插述语言‘(VHDL)编程以及电路图编辑相结合的方式完成CPLD部分的系统开发，并对管内微型机器人定位系统的精度进行了分析。最后在研制的磁场环境下，进

3、行了机器人游动与定位实验，结果表明组合线圈磁场驱动系统具有功耗低、磁场均匀化程度高、实验可操作性好等优点。超声波定位系统的定位精度满足要求，本文提出的组合线圈及其驱动电路构成微型机器人驱动系统方案切实可行。关键词：微型游动机器人；组合线圈；功率优化：超声波定位；CPLD墅塑垡型鲎垫塑璺△坚塾鳖型星塞垡垫查笪窒DrivingControlandLocationResearchonMicroSwimmingRobotInsidePipeAbstractMicroswimmingrobotcontrolledby

4、magneticfieldfeatureswithsmallvolume，quickresponseandlowenergyconsumption，whichhasawidespreadprospectforapplyinginmedicalengineering，suchastherapyofinterpositioninsidehumanbody．Sofar，therapyofinterpositioninsidehumanbodyisamaindevelopingtrendforsurgicaltre

5、atment，whichcharacterizeswithminorinjury，nopainandlowtreatmentcost．Atthestageoffeaturetestofmicrorobotinsidepipe，superiordrivetechniqueandlocationmethodaremostimportant．Basedonthemicrorobotresearchedbythispaper,practicablemethodsareproposedinthesetwoaspect

6、s．Firstly，thecharacteristicsofdouble—facedgiantmagnetostrictivethinfilms(GMF)areintroduced．Thereafterkinematicsequationisestablishedaccordingtobiomimeticswimmingprinciple．Thenaproposalofcombinedcoilfordrivingrobotisputtedforwardbyaccomplishingpoweroptimiza

7、tionandmagneticuniformity，inthemeantime，whosedr!veandcontrolcircuitsaredeveloped．Then，akindofnewtechniqueadoptedtheprincipleofultrasonicdistancemeasuringisproposed，whichcallmakecertainthelocationofmicroswimmingrobotinsidepipe．Theresearchworkincludesanalysi

8、softheprincipleofultrasoniclocation，developmentofthedriveandreceiveanalogcircuitsofultrasonicsensor．ThecounterandcontroldigitalcircuitsofultrasoniclocationadoptComplexProgrammableLogicDevice(CPLD)，whichisdeve