梁 亮,唐蒲华,刘 煜

长沙学院 机电工程学院,长沙 410022

0 引 言

无创诊疗技术是人类医学发展的方向,随着消化道遥控胶囊内镜的成功研制,胶囊机器人已成为人类医疗领域胃肠道应用的热点[1]。目前,研究的胶囊机器人按结构可分为光滑胶囊机器人[2]、螺旋胶囊机器人[3-4]和腿式胶囊机器人[5]等。其中,光滑结构是实际临床应用中的一种常用结构。由于采用电池、电线存在诸多问题,而磁场具有各种优势,因此胶囊机器人的驱动方式主要采用外磁场驱动。永磁体法是指利用外部永磁体的运动来驱动内部含磁铁的胶囊机器人作相应运动[6-7]。永磁体法控制原理简单、操作方便、易于商业化,其难点在于控制外部永磁体以实现对胶囊机器人作用力的平衡。

胶囊机器人对肠道的损伤主要来源于与肠道之间的接触摩擦和运行时黏液对肠道的压力。Zhang等[8]测量了胶囊机器人在离体猪肠内运动时的摩擦阻力。Li等[9]在胶囊机器人光滑表面上设计了一种压力传感器,用于测量胶囊机器人移动时与管道内壁的接触压力,并实现了数据的无线接收。胶囊机器人在肠道中运行时所受到的流体压力和阻力等参数的测量比较困难,目前还未见报道。

计算流体动力学(CFD)是一种流体流场的数值计算方法,广泛应用于计算流体机械的速度和力[10-11]。粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术是一种瞬态、多点、无接触式的流体测速方法。PIV技术除向流场散布示踪粒子外,所有测量装置并不介入流场。……