电能供应问题是目前胶囊机器人技术所面临的最主要问题。常见的无线胶囊机器人通常依靠人体肠道蠕动或者通过纽扣电池等方式进行供电。但是要获得精确的测量、拍摄高质量图片、对病变部位进行采样以及局部手术治疗等,这种电能获得途径是远不能胜任的,必须使用一种能够提供足够、稳定电能的供给方式——体外无线供电。目前对于面向胶囊机器人的无线供电系统研究还处于起步阶段,有很多问题值得深入探究。比如发射端功率的不足、效率不高、接收功率低、提高使用频率时性能会大幅度下降、谐振稳定性问题、线圈之间位置稳定性问题、姿态稳定性问题等众多问题。针对这些问题,本文开展了以下研究。研究提高发射端功率、效率、工作频率的方法。胶囊机器人无线供电系统由于其应用的特殊性,耦合线圈采用大线圈对小线圈结构,为弱耦合供电形式。选用E类逆变器作为系统发射端逆变器,从新的角度对E类逆变器进行建模和参数优化设计。分析了发射端电路特性、实际电路中参数对电路性能的影响、重要电子器件的性能,设计并实现了高频、高功率、高效率无线供电系统发射端电路,且回路发射端电流与输入电源电压成线性关系、系统重复性好。研究发射线圈结构模型,进行了磁场仿真分析,并分析了线圈参数变化对系统的影响,设计了无线供电系统耦合线圈。实际测试结果表明,所设计的耦合线圈改善了高频效应,提高了位置稳定度、姿态稳定度。为解决系统谐振频率偏移问题,设计了稳定性好、对发射端回路影响小的感应式电流传感器、分压与直流偏置电路、电压比较器、锁相环电路及电源,最终设计并实现了频率跟踪器,解决了谐振点偏移等问题,提高了系统稳定性。改进了整流电路结构,降低了纹波、提高了整流性能。在不同电压以及不同负载的情况下,对无线供电系统整体进行接收功率和稳定性的测试,测试结果表明,所设计的无线供电系统具有较高的接收功率和输出稳定性。