28253

توليد ميدان مغناطيسي كنترل شده به وسيله حركت آهنرباي دائم توسط بازوي مكانيكي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي شاخه تخصصي ديناميك، كنترل و ارتعاشات

1399

1401/12/23

برهان بيگ زاده

مهندسي مكانيك

ميدان مغناطيس ،كه شفاف و نسبتاً بي خطر براي بافت بيولوژي است ابزاري قدرتمند براي تحريك از راه دور و كنترل بي سيم دستگاەهاي مغناطيسي است. علاوه بر اين، ربات هاي كوچك ميتوانند به مناطق پيچيده و باريك بدن دسترسي پيدا كنند، حتي دستكاري كردن تا اجزاي زير سلولي. با اين حال، يكپارچه سازي اجزاي پردازنده به دليل اندازه محدود آنها دشوار است. با تركيب كردن اين دو فناوري، ربات هاي مينياتوري مغناطيسي طي دو دهه گذشته سريعاً توسعه يافتەاند، عمدتا به دليل پتانسيل بالايي كه دارند در كاربردهاي پزشكي و مهندسي زيستي براي بهبود علمي و باليني نتايج اين عوامل ريز، توسعه سيستم هاي محرك مناسب و قابل اطمينان ضروري است. به عنوان يك زمينه تازه ظهور يافته كه در سالهاي اخير پيشرفت كرده است، سيستم هاي تحريك شده مغناطيسي يك رويكرد بي خطر و موثر براي كنترل از راه دور ربات هاي كوچك از طريق يك ميدان مغناطيسي پويا پيشنهاد كرده اند. آندوسكوپي كپسولي يك روش پزشكي است كه براي ثبت تصاوير داخلي دستگاه گوارش براي استفاده در تشخيص بيماري استفاده مي شود. پيشرفت هاي جديدتر همچنين قادر به نمونه برداري و انتشار دارو در مكان هاي خاصي از كل دستگاه گوارش هستند. برخلاف آندوسكوپي كه بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد، آندوسكوپي كپسولي توانايي ديدن قسمت مياني روده كوچك را فراهم مي كند. ميتوان آن را براي تشخيص انواع سرطان هاي دستگاه گوارش، بيماري هاي گوارشي، زخم ها، خونريزي هاي غيرقابل توضيح و دردهاي عمومي شكم به كار برد. بدون سيستم حركتي، اين آندوسكوپي كپسولي تنها مي تواند به صورت غيرفعال از طريق حركت حلقوي طبيعي در داخل دستگاه گوارش حركت كند، در نتيجه ممكن است مشكلاتي مانند ناتواني در كنترل و توقف، و خطر احتباس كپسول ايجاد كند. بنابراين، براي بهينه سازي آندوسكوپي كپسول فعلي، بايد يك سيستم حركتي اضافه شود. روش پلتفرم مغناطيسي بسيار بالغ تر از روش هاي ديگر تحريك كپسول آندوسكوپي است زيرا مي توان آن را دقيقاً كنترل و به راحتي راه اندازي كرد. به طور كلي، اين روش به چندين آهنربا يا سيم پيچ خارجي براي ايجاد تغييرات ميدان مغناطيسي در چند درجه آزادي نياز دارد تا كپسول آندوسكوپي را براي انجام حركات دقيق هدايت كند. در اين پايان نامه، يك روش كنترلي براي كنترل موقعيت كپسول آندوسكوپي از طريق جابجايي عملگر نهايي يك بازوي رباتيك ارائه شده است. كنترلر شامل دو بخش مغناطيسي و رباتيك است. كنترلر مغناطيسي خطاي موقعيت را به عنوان ورودي گرفته و موقعيت مطلوب آهنرباي عملگر را به عنوان خروجي مي دهد. كنترلر رباتيك، خروجي كنترلر مغناطيسي را گرفته و موقعيت عملگر نهايي بازو را با اعمال سيگنال كنترلي به آن نزديك مي كند. شبيه سازي هاي انجام شده نشان مي دهد كه روش توسعه داده شده موقعيت كپسول را به خوبي كنترل مي كند.

1402/02/27

The generation of a controlled magnetic field by the movement of a permanent magnet by a mechanical arm

3/13/2024 12:00:00 AM

A magnetic field, which is transparent and relatively safe to biological tissue, is a powerful tool for remote actuation and wireless control of magnetic devices. Furthermore, miniature robots can access complex and narrow regions of the human body as well as manipulate down to subcellular entities; however, integrating onboard components is difficult due to their limited size. Combining these two technologies, magnetic miniature robots have undergone rapid development during the past two decades, mainly because of their high potential in medical and bioengineering applications. To improve the scientific and clinical outcomes of these tiny agents, developing suitable and reliable actuation systems is essential. As a newly emerging field that has progressed in recent years, magnetic actuation systems offer a harmless and effective approach for the remote control of miniature robots via a dynamic magnetic field.Capsule endoscopy is a medical procedure used to record internal images of the gastrointestinal tract for use in disease diagnosis. Newer developments are also able to take biopsies and release medication at specific locations of the entire gastrointestinal tract. Unlike the more widely used endoscope, capsule endoscopy provides the ability to see the middle portion of the small intestine. It can be applied to the detection of various gastrointestinal cancers, digestive diseases, ulcers, unexplained bleedings, and general abdominal pains. Wireless capsule endoscopy for gastrointestinal (GI) tract is a modern technology that has the potential to replace conventional endoscopy techniques. Capsule endoscopy is a pillshaped device embedded with a camera, a coin battery and a data transfer. Without a locomotion system, this capsule endoscopy can only passively travel inside the GI tract via natural peristalsis, thus causing several disadvantages such as inability to control and stop, and risk of capsule retention. Therefore, a locomotion system needs to be added to optimize the current capsule endoscopy. The magnetic platform method is much more mature than other capsule endoscopy actuation methods because it can be precisely controlled and easily operated. In general, this method requires several external magnets or coils to generate magnetic field changes in multi-DOFs to drive the capsule endoscopy to perform precise motions. In this thesis, a control method is proposed to control the position of an endoscopy capsule by moving the end-effector of a robotic arm. The controller consists of two sections: A magnetic controller and a Robotic controller. The magnetic controller gets the position error as an input and gives a desired actuator magnet position as an output. The robotic controller gets the output of the magnetic controller and makes the end-effector approach it using control signals. Simulations show that the proposed method is effective in controlling the capsule position.

دستكاري مغناطيسي , كنترل موقعيت كپسول آندوسكوپي , كنترل بي سيم , كنترل مغناطيسي

Magnetic Manipulation , Endoscopy Capsule Position Control , Wireless Control , Magnetic Control

Morteza Ghiyasi

Dr. Borhan Beigzade