机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (13): 66-76.doi: 10.3901/JME.260166
范增华1, 张坤1, 王瀚1, 荣伟彬2, 许治1, 高军1
FAN Zenghua1, ZHANG Kun1, WANG Han1, RONG Weibin2, XU Zhi1, GAO Jun1
摘要: 为在血管、组织液等粘性流体中实现靶向治疗与微创手术,不同结构的磁微机器人成为重要手段。设计一种螺旋推进磁微机器人,其头部为内置螺旋槽的流线形结构,尾部为锥形结构,旨在通过新颖几何结构实现微机器人运动速度提升。基于阻力理论建立微机器人的动力学模型,求解微机器人运动速度。基于多物理场耦合理论,建立微机器人流体动力学仿真模型,揭示结构参数、磁场参数和流体粘度对微机器人运动特性的影响规律。仿真结果表明,内螺旋槽降低了形状阻力系数,锥形尾部设计的渐进曲率有效抑制流动分离,使微机器人运动速度提升32.5%。微机器人运动速度与磁场旋转频率呈现非线性响应,失步频率受微机器人平均磁化率、磁场强度和流体粘度的协同调控。构建实验平台,研制内螺旋头锥形尾磁微机器人,开展运动特性实验,验证所建立理论模型和仿真模型的有效性。在锥形尾长度为5 mm、螺距为2 mm、螺旋圈数为2、锥角为15°、锥形尾线半径为0.3 mm的实验条件下,微机器人获得1.3 mm/s峰值速度。
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