医疗微型机器人能进入消化道、动脉、椎管等人体内部空间,并能完成一些精细的任务,例如药物释放、肿瘤检测、微创显微手术等,具有安全、无痛、高效等特点,因此在医疗领域有着重要意义。本文提出一种基于多楔形效应原理的刚性花瓣形胶囊机器人,相比上一代径向间隙自补偿胶囊机器人,该机器人不仅结构上大为简化,而且其特有的花瓣外形可与管壁间产生多楔形效应,显著提高产生的平均液体动压力,进而提高机器人在粘性液体环境中的驱动能力。首先,介绍了花瓣形胶囊机器人结构特征及其旋转磁矢量驱动机理,对机器人进行动力学分析,采用有限差分法求解花瓣形机器人表面流体雷诺方程,建立了满足花瓣形机器人瓦片表面实际边界条件的液体动压模型,并在此基础上利用数值积分法求解花瓣形机器人受到的剪切力,建立机器人轴向及圆周方向的受力平衡方程。然后,研究并分析了各结构参数对花瓣形机器人驱动特性的影响。以花瓣形机器人稳态游动速度和受到的粘性液体摩擦阻力矩为目标函数,采用遗传算法对花瓣形机器人结构进行优化设计。为实现花瓣形胶囊机器人无缆驱动,提出了旋转磁矢量驱动方案。建立了三组方形亥姆霍兹线圈电磁学模型,从而得到电流、线圈结构参数与磁场强度之间的关系。结合三组方形线圈的等效电路模型,推导了生成旋转磁场所需的普遍电压公式,并通过仿真进行了验证。对三组方形亥姆霍兹线圈动态特性以及叠加生成的磁场品质进行了分析,主要包括电流动态响应和磁场的均匀性、稳定性分析。为验证花瓣形机器人驱动性能及旋转磁矢量驱动方案的可行性,研制了磁场发生装置及花瓣形机器人样机,并进行了机器人在直管、螺旋管等不同形状有机玻璃管内的驱动实验,最后,进行了花瓣形机器人在离体猪肠道内的驱动实验,实验效果良好,花瓣形胶囊机器人旋转磁矢量驱动方案切实可行。