机械工程学报

作者：张永顺, 纪璇, 刘旭, 刘冠喜, 刘振虎

单位：大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 大连 116024

关键词：双半球胶囊机器人,滚动动力学模型,动态稳定性,临界控制参数；

基金：国家自然科学基金资助项目（61773084，62173059）。

为了实现食管、胃、结肠等宽裕环境内诊断与治疗，双半球胶囊机器人需要实现稳定的滚动行走。为了探究旋转磁场强度、旋转速度、阻尼等参数对胶囊滚动动态性能的影响，确定胶囊姿态角变化范围，结合旋转磁场随动效应建立了双半球胶囊拉格朗日滚动动力学模型，采用区间状态转移矩阵逼近算法求得状态转移矩阵，通过分析状态转移矩阵特征指数，确定了能够实现稳定滚动的临界和最优控制参数。提出了基于激光系统的胶囊滚动姿态检测方法，模型仿真与试验结果表明：在一定范围内，磁场强度的减小及磁场旋转角速度的增加通常有利于机器人滚动动态稳定性的增强，该动力学特性为控制胶囊实现肠道内稳定滚动控制策略提供了理论依据。

来源：2022年第1期

《机械工程学报》期刊编辑部

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