无线驱动与控制微型超声电机及其在胶囊内窥镜中的应用研究

胶囊内窥镜是一种只须像药物一样吞服进去，便可拍摄消化道器官内腔状况的医疗产品，它的发展方向包括：提高图像质量、扩大视野，利用外磁场操控，加入活检、施药、治疗的功能，这就需要研究新型的不受磁场影响的精密微驱动器。微型超声电机具有力矩大、功耗小、驱动精度高的优点，能很好地满足胶囊内窥镜中的应用要求。本项目将发展新型的超声电机，并利用其驱动胶囊内窥镜镜头运动而实现调焦功能，以达到提高图像质量、扩大视野之目的。主要研究内容包括：适用于胶囊内窥镜的超声电机的设计、制造与理论分析；驱动方法和无线驱动控制电路的研究。拟解决的关键科学问题：弄清影响微型超声电机运动精度的因素和机理；建立微型超声电机的机电耦合理论模型与步进运动的驱动控制方法。本项目有望促进我国内窥镜产业（尤其是医用内窥镜）的发展，同时也推动超声电机大批量的配置在更多的国防和民用装备之中。

本项目将发展新型的超声电机，并利用其驱动胶囊内窥镜镜头运动而实现调焦功能，以达到提高图像质量、扩大视野之目的。主要研究内容包括：适用于胶囊内窥镜成像系统的超声电机的设计、制造与理论分析；驱动方法和驱动控制电路的研究。.在国家自然基金的支持下，我们基本完成了项目预期目标。研制出一套压电惯性直线微电机驱动的胶囊内窥镜镜头模块原型，研制出电池供电的电机驱动控制器；对电机驱动控制器的微型化进行了研究，设计了满足内窥镜尺寸要求的驱动控制电路，其制备和调试还在进行中；为了满足胶囊内窥镜的施药、活检等功能的发展需要，提出了几种新型结构的超声微电机，包括多自由度运动型和直线运动型，在IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control学术期刊发表了2篇SCI收录的论文（项目负责人均为第一作者和通讯作者），申请了2项中国发明专利（申请号：201210531546.0，201410284838.8）；通过对几种超声电机进行数值模拟和制备、测试，从电机的结构、性能和制造工艺方面进行了分析，得出了一些有益的经验。