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体内医疗微型机器人的外磁场驱动与控制系统研究

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深圳信息职业技术学院学报 2006年第4期4卷 10-13页

作者：王辉静简小云深圳信息职业技术学院计算机应用系广东深圳518029 中国科学院合肥智能机械研究所安徽合肥230031

本文以胶囊状体内医疗微型机器人为研究对象,着眼于无线胶囊内窥镜的外磁场主动驱动,在分析人体消化道能动性特点的基础上,设计了一种外磁场驱动方案,建立了胶囊状微机器人外磁场驱动的动力学模型,同时给出了驱动控制系统方案设计,为微... 详细信息

本文以胶囊状体内医疗微型机器人为研究对象,着眼于无线胶囊内窥镜的外磁场主动驱动,在分析人体消化道能动性特点的基础上,设计了一种外磁场驱动方案,建立了胶囊状微机器人外磁场驱动的动力学模型,同时给出了驱动控制系统方案设计,为微型机器人在人体消化道内进行无损检查和微创手术提供了一种设计思路。

关键词：外磁场驱动微型机器人胶囊内窥镜机器人动力学模型

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外场驱动无缆微型机器人的行走机理

中国机械工程 2003年第14期14卷 1171-1175页

作者：张永顺贾振元丁凡王福吉史纯郭丽莎大连理工大学现代制造技术研究所浙江大学流体传动及控制国家重点实验室大连理工大学机械工程学院

提出了一种以管道外磁场来驱动控制微型管道机器人行走的方法 ,基于振动原理实现了微机器人的行走。其特点是采用无缆驱动方式 ,使机器人可靠性和实用性都得到提高。其原理是通过管外时变振荡磁场频率的改变 ,借助微机器人磁致伸缩合金... 详细信息

提出了一种以管道外磁场来驱动控制微型管道机器人行走的方法 ,基于振动原理实现了微机器人的行走。其特点是采用无缆驱动方式 ,使机器人可靠性和实用性都得到提高。其原理是通过管外时变振荡磁场频率的改变 ,借助微机器人磁致伸缩合金微驱动器的磁机耦合作用 ,将时变振荡磁场能转换成机器人弹性腿的振动机械能 ;上下弹性腿的刚度系数不同 ,可将微驱动器的轴向振动转化为机器人的径向振动从而实现机器人的行走。介绍了系统组成及工作原理 ,对行走机理进行了基础性研究 ,建立了机器人运动方程。实验表明机器人系统切实可行。

关键词：微型管道机器人磁致伸缩驱动器外磁场驱动行走机理

Interaction of F = 2 Spinor Bose Condensate with Driven External Magnetic Fields

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Communications in Theoretical Physics 2004年第3X期42卷 471-474页

作者： JIAOZhi-Yong TANGLian YUZhao-Xian DepartmentofAppliedPhysics UniversityofPetroleum(EastChina)Dongying257061China DepartmentofMathematicsandPhysics UniversityofPetroleum(Beijing)Beijing102249China

In this letter, we have studied the interaction of F=2 spinor Bose condensate with a combination of staticand sinusoidal magnetic field bl(t) = b0 + bcos(ωt). We find that the tunneling current among spin 0 and spin ±l,spin 0 and spin ±2, spin ±1 and spin ±2 may exhibit the incremental oscillation behavior, which depends on the fieldparameters of the reduced amplitudes of the transverse and the longitudinal magnetic fields respectively. This meansthat the dynamics spin localization can be adjusted experimentally by selecting the less values of the reduced amplitudesof the transverse magnetic field bx/ω and those of the longitudinal magnetic field b/ω.

关键词：隧道电流外磁场驱动自旋量玻色凝聚物玻色-爱因斯坦凝聚凝聚态物理

体外驱动全磁浮锥形螺旋叶轮血泵原理及关键技术研究

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数字制造科学 2011年第2期 1-58,I0002-I0020页

作者：高殿荣殷桂梁吴长奇韩雪艳刘宝华吴晓明张伟燕山大学机械工程学院河北省秦皇岛市066004 燕山大学电气工程学院河北省秦皇岛市066004 燕山大学信息科学与工程学院河北省秦皇岛市066004 燕山大学机械厂河北省秦皇岛市066004

在中国国家自然科学基金资助项目《体外驱动全磁浮锥形螺旋叶轮血泵的研究》，河北省回国留学人员择优资助经费项目《体外驱动全磁浮锥形螺旋轴流血泵研究》，以及流体传动及控制国家重点实验室（浙江大学）开放基金资助项目《磁悬浮外... 详细信息

在中国国家自然科学基金资助项目《体外驱动全磁浮锥形螺旋叶轮血泵的研究》，河北省回国留学人员择优资助经费项目《体外驱动全磁浮锥形螺旋轴流血泵研究》，以及流体传动及控制国家重点实验室（浙江大学）开放基金资助项目《磁悬浮外磁场驱动轴流血泵的研究》的共同资助下，开展体外驱动全磁浮锥形螺旋叶轮血泵（TMSCSI—BP-DOD）工作原理及关键技术研究，制造出物理原型样机，对研究取得的成果进行学术总结报告。为减少和消除血泵流道结构不合理引发的溶血和血栓问题，以减小血液流动剪切速度为目标，基于“静止进口导叶导轮＋锥形螺旋叶轮转于＋静止出口导叶导轮”的结构，提出一种体外驱动、在轴向和径向完全实现磁悬浮的新式血泵——TMSCSI-BP-DOD，建立起锥形螺旋叶轮转子及其流道内的血液学和流体动力学模型，模拟分析血液流场和流动规律。运用计算流体动力学（CFD）方法考察一定转动速度下，锥形螺旋叶轮转子叶片数、叶片螺距、转子锥度、进出口导轮叶片形状和导轮叶片数等参量对血泵流场、输出流量和压力的影响规律，模拟血泵结构参数变化对血泵性能的影响。通过仿真计算得到21条研究推论，归纳出5条研究结论。提出了TMSCSI-BP-DOD转子、叶片、导轮设计应遵循的7条设计准则：血泵进口端壳体和出口端壳体内表面应该设计成流线形状；进出口导轮应该设计成锥弧形曲面，并能与血泵进口端壳体和出口端壳体内表面相匹配，转子应该设计成锥形，转子锥度应该选取为9．46°；与转子对应的血泵壳体部分内表面应该设计成锥形，并与转子的锥度相同；锥形转子上的叶片应为螺旋状，且选取螺旋头数为3，即螺旋叶片数为3；锥形转子上螺旋叶片的螺距应该选取为35mm；进出口导轮上的导叶片形状应设计成圆弧状，进出口导轮上的叶片数分别为8。为了解决血泵机械轴承在运转过程中由于磨损而引发血泵的失效，以及轴承摩擦热对血液可能产生的破坏作用，提出采用磁悬浮轴承（MSB）替代机械轴承的锥形螺旋叶轮血泵转子（RCSIP）径向和轴向混合被动式磁悬浮结构，构成了血泵锥形螺旋转子的轴向和径向磁悬浮轴承I建立了径向永磷轴承内磁环径向有偏移、轴向有偏移情况下轴向悬浮力、径向悬浮力的数学模型；建立了轴向永磁轴承动环轴向有偏移情况下轴向悬浮力的数学模型。采用ANSYS／Emag中的电磁场模块，仿真分析了不同气隙及径向偏移量下永磁轴承的磁力线分布，内磁环所受径向悬浮力与径向偏移量之间的关系，不同轴向偏移量时径向永磁轴承磁感应强度矢量分布，径向永磁轴承轴向悬浮力与轴向偏移量之间的关系。通过上述数值计算分析数据，得到了14条研究推论，归纳出10条研究结论。根据上述推论和结论，提出了关于TMSCSI-BP-DOD轴向和径向永磁轴承设计所应遵循的5条设计准则：径向永磁轴承应该由轴向充磁的两个磁环组成；为保证产生足够的径向悬浮力，径向气隙go应取值0．2mm；轴向永磁轴承应该由轴向充磁的两个永磁环组成；为保证产生足够的轴向悬浮力，轴向问隙应控制在0．2mm附近；为保证对血泵转子磁悬浮的稳定性，轴向和径向永磁轴承应该成对出现。针对血泵动力导线与控制导线穿越皮肤引起人体感染等问题。构思出体外磁场驱动方案——血泵转子驱动永磁铁采用高磁性永磁体NdFeB制成，运用永磁电机驱动原理，对线圈组加载交变电流来产生旋转磁场，对永磁转子产生旋转力矩，从而驱动转子持续转动。提出呈120。均匀周向排列的三线圈驱动系统和呈60。均匀周向排列的六线圈驱动系统等两种设计方案。针对旋转磁场的构建，以三线圈驱动方案和六线圈驱动方案为研究对象，应用ANSYS／Emag的电磁场模块通过剩磁、内禀矫顽力、转子内径、转子外径、转子与线圈中心距等参量仿真模拟了加载电流与永磁转子上产生的驱动力矩之间的关系，以及线圈与永磁转子之间的距离与永磁转子上产生的驱动力矩之间的关系，得到了14条研究推论，归纳出5条研究结论。根据上述研究推论和结论，提出了关于TMSCSI—BP—DOD血泵转子外磁场驱动设计所应遵循的3条设计准则：转子上必须有4个径向充磁的永磁磁条；驱动线圈取为6个，且沿转子周向均匀布置；驱动线圈与转子之间的中心距应控制在40～60mm之间，以保证永磁转子上产生足够的驱动力矩。为验证六线圈驱动方案正确性，分析驱动距离、驱动电流对永磁转子转速的影响规律，构建起TMSCSI—BP—DOD转子外磁场驱动实验装置，通过改变线圈组与转子中心距离，获得其在定值输入电流下永磁转子所能达到的最高转速与距离关系曲线；保持线圈绕组与永磁转子中心距一定，获得测量输入驱动线圈电流变化的情况下永磁转子最大转速与驱动电流的关系曲线。据此得到了2个推论，实现了距转子40～60mm范围内无机械连接磁场驱动。为了验证所构思的新型血泵工作结构的可实现性，制造出TMSCSI—BP-DOD物理原型样机。以锥形螺旋转子、导轮及外壳

关键词：体外驱动全磁浮锥形螺旋叶轮血泵(TMSCSI-BP-DOD) 锥形螺旋叶轮溶血血栓计算流体动力学(CFD) 永磁轴承磁悬浮力外磁场驱动物理原型样机加工工艺

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体内医用微型机器人的发展现状与前景

机械制造 2006年第10期44卷 33-37页

作者：张林燕张永顺许良敬双萍贾振元大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室 116024

介绍体内医疗微型机器人国内外的研究现状,对其作业机理进行分析比较,并结合开发研制的外磁场驱动胶囊式医疗微型机器人的实际情况,指出目前体内医疗微型机器人实用化进程中急待解决的技术问题,最后对其实用化的关键技术和发展趋势进行... 详细信息

介绍体内医疗微型机器人国内外的研究现状,对其作业机理进行分析比较,并结合开发研制的外磁场驱动胶囊式医疗微型机器人的实际情况,指出目前体内医疗微型机器人实用化进程中急待解决的技术问题,最后对其实用化的关键技术和发展趋势进行探讨。

关键词：医疗微型机器人胶囊内窥镜外磁场驱动胶囊式机器人