胶囊机器人作为一种新型胃肠道检测设备,不仅能够避免传统检测方式给检测对象带来的不适,还扩大了检测范围,能够检测到传统检测方式的检测盲区。随着胶囊机器人的发展,其搭载的功能也越来越多,这也导致胶囊机器人的能耗不断增加。无线能量传输技术则给胶囊机器人带来了新的供能方式。本文对国内外胶囊机器人无线供能系统的研究现状进行了分析,发现现有的大部分样机系统的发射线圈临床使用不便,并且系统参数还需要进一步优化以提高系统传输性能。此外,在系统参数优化中,建立耦合线圈参数模型的方法难度较大。针对以上问题,本文提出了以平面螺旋线圈作为系统发射线圈的胶囊机器人无线供能系统。首先对系统参数进行了仿真研究,分析系统各参数对于传输性能的影响。然后建立了基于平面螺旋发射线圈的胶囊机器人无线供能系统实验平台,验证了方案的可行性。最后,利用BP神经网络建立了系统耦合线圈参数的模型,进而得出系统的整体模型,简化了系统建模过程,并且通过粒子群优化算法对系统参数进行了优化。本文具体研究内容如下:1、介绍了胶囊机器人无线供能系统的结构和基本原理,对系统的各组成部分进行了详细分析,主要包括发射端电路、补偿网络以及接收端电路三个部分。并且根据性能表现和实际应用条件筛选出基于氮化镓的D类半桥逆变、双边SS补偿网络和多维接收整流后并联的整流方式。2、建立了无线能量传输系统的数学模型,对系统各参数进行了仿真分析,讨论了无线能量传输系统中系统工作频率f、发射线圈与接收线圈之间的耦合系数k、耦合线圈之间的互感M、发射端和接收端的内阻R1和R2以及系统等效负载RL等多个参数对于系统传输效率和系统输出功率的具体影响规律,为对系统进行进一步的优化奠定了基础。3、提出了一种基于平面螺旋发射线圈的胶囊机器人无线能量传输系统的设计方案,通过LED灯的无线供能实验验证了方案的可行性,经过耦合线圈的初步优化筛选以及电路的优化使所设计的方案成功地应用于胶囊机器人,该系统在256k Hz工作频率以及10cm的传输距离下,具有8.8%的传输效率,可输出功率达到1W。4、利用BP神经网络建立了系统耦合线圈参数的模型,验证了所建立的模型的准确性。避免了复杂的系统耦合线圈参数建模解析过程,便于系统的分析与优化。在此基础上,结合粒子群优化算法,以提高系统的传输效率为目标,对所建立的系统模型进行了优化设计,并且通过实验验证了优化结果,证明了基于神经网络和粒子群优化算法的优化方法的准确性。