与传统内窥镜相比,胶囊机器人在安全,可靠,无痛的技术上具有巨大的潜力,能够完成对人体胃肠道的高效率、无创伤的遍历诊断及治疗,具有非常广阔的临床应用前景。为了更好地实现对于胃肠道某些宽敞区域的诊断和治疗医学应用,本课题组研发了一种具有两种工作模态的新型双半球型胶囊机器人,能够在空间万向旋转磁场控制下实现滚动位移与定点调姿的分离,实现了姿态的精准控制。本文在课题组研究基础上,考虑到自主研发的双半球胶囊机器人是典型的多变量、时变的非线性系统,采用传统的线性化研究方法无法反映非线性系统的非局部性质。同时,由于机器人在胃肠道复杂环境下作业,存在质心偏移、肠胃蠕动干扰以及非结构摩擦力矩等不确定性因素,导致胶囊机器人的实际控制模型无法精确建立,从而难以实现对胶囊机器人的实时精准控制。针对以上两个控制难点,本文提出一种基于径向基神经网络的双半球胶囊机器人非线性控制策略,不仅避免线性化带来的局限性,还能够估计并补偿由系统不确定性因素引起的误差,从而改善双半球胶囊的控制性能。首先,结合实际作业环境探究双半球胶囊机器人姿态与位移控制的转换机理,进一步研究胶囊调姿时的位置及方向信息,并推导出其动力学模型,为胶囊机器人的运动控制策略的研究奠定基础。然后,引入径向基神经网络补偿器来逼近系统中存在的非结构环境摩擦、质心偏移、模型参数未知等不确定性因素,并在控制输入端进行补偿;同时利用滑模控制器的鲁棒性来克服补偿器的逼近误差,从而提高对胶囊机器人的控制精度。最后,利用李雅普诺夫方法验证了该胶囊机器人非线性控制器的稳定性,并对所设计的控制器进行了数值仿真以及离体猪大肠实验。理论和试验结果表明,利用本文所设计的控制策略,能有效地抑制外部干扰及模型不确定性对控制误差的影响,提高了双半球胶囊机器人系统的控制精度,改善了双半球胶囊机器人在非结构化环境中的动态性能,为实现肠胃道病变区域的准确诊断以及治疗奠定了基础。