微机器人胶囊能量无线传输系统的优化设计

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.11.012

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2016, Vol. 44 ›› Issue (11): 78-83.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2016.11.012

微机器人胶囊能量无线传输系统的优化设计

李旻¹ 刘丹¹刘修泉²

1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640; 2．广州番禺职业技术学院机电工程学院，广东广州 511483

收稿日期:2016-03-18 修回日期:2016-05-23 出版日期:2016-11-25 发布日期:2016-10-04
通信作者: 李旻( 1974-) ，男，博士，副教授，主要从事机器人与微机械技术研究． E-mail:limin@scut.edu.cn
作者简介:李旻( 1974-) ，男，博士，副教授，主要从事机器人与微机械技术研究．
基金资助:
国家04 科技重大专项( 2015ZX04005006) ; 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室开放研究基金资助项目( SKLRS-2012-MS-03) ; 广州市教育局羊城学者项目( 10B009G) ; 广州市番禺区科技计划项目( 2012-Z-03-64)

Optimal Design of Wireless Power Transmission System for Micro Robotic Capsules

LI Min¹ LIU Dan¹ LIU Xiu-quan²

1.School of Mechanical and Automotive Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China; 2.School of Mechanical and Electrical Engineering,Guangzhou Panyu Polytechnic,Guangzhou 511483,Guangdong,China

Received:2016-03-18 Revised:2016-05-23 Online:2016-11-25 Published:2016-10-04
Contact: 李旻( 1974-) ，男，博士，副教授，主要从事机器人与微机械技术研究． E-mail:limin@scut.edu.cn
About author:李旻( 1974-) ，男，博士，副教授，主要从事机器人与微机械技术研究．
Supported by:
Supported by the National Major Science and Technology Project ( 2015ZX04005006)

摘要/Abstract

摘要： 微机器人胶囊能量无线传输系统的传输性能受到谐振频率、耦合系数、线圈匝数、线圈半径、补偿电容、线圈互感等诸多因素影响．为实现系统性能的全局最优，必须在满足微机器人胶囊最低能耗要求的前提下提高系统传输效率，同时兼顾系统稳定性、温升安全性、可靠性、体积参数等因素．文中基于微机器人胶囊能量无线传输系统初级线圈串联补偿－次级线圈串联谐振补偿模型，建立了系统的能效模型，以初、次级线圈匝数与线圈半径、谐振频率等参数作为优化变量，构建了优化问题的目标函数，对微机器人胶囊能量无线传输系统进行综合优化设计．针对该多变量非线性约束优化问题，采用了改进的遗传算法进行优化计算．实验结果表明，所提出的优化设计方法正确有效，所设计的的微机器人胶囊能量无线传输系统样机的能效达86． 6mW，传输效率达8． 01%．

关键词: 微机器人, 能量无线传输, 遗传算法, 能效模型

Abstract:

The performance of wireless power transmission system for micro robotic capsules is affected by many factors,such as resonance frequency,coupling co-efficient,coil turns,coil radius,compensation capacitor and mutual inductance.In order to achieve a global optimum of the system performance,the system transmission efficiency should be improved and the minimum power requirement of micro robotic capsules should be met.Meanwhile,the system stability,the safety of temperature rise,the reliability and the volume should also be considered.In this paper,an energy efficiency model is constructed for the wireless power transmission system with series compensation on both primary side and secondary side.Then,with the coil turns and coil radius of the two sides and the resonance frequency as the variables,an objective function of the optimization problem is established to perform the optimal design of the wireless power transmission system.Finally,an improved genetic algorithm is utilized to solve the multi-variable and nonlinear constrained optimization problem.Experimental results indicate that the proposed optimization method is correct and effective,and a prototype of the wireless power transmission system designed for micro robotic capsules achieves an energy efficiency of 86.6mW with an efficiency of 8.01%.

Key words: micro-robot, wireless power transmission, genetic algorithm, energy efficiency model

中图分类号:

TP242.3

李旻刘丹刘修泉. 微机器人胶囊能量无线传输系统的优化设计[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2016, 44(11): 78-83.

LI Min LIU Dan LIU Xiu-quan. Optimal Design of Wireless Power Transmission System for Micro Robotic Capsules[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2016, 44(11): 78-83.

[1]	邱宇东, 王湛, 谢志燊. 基于混合算法的半刚性连接钢框架结构优化[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(6): 72-77.
[2]	翁剑成, 王茂林, 林鹏飞, 等. 基于客流特征鉴别的公交跨线组合调度优化方法[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(9): 39-48.
[3]	秦雅琴, 钱正富, 谢济铭, 等. 基于社会力的交织区突发瓶颈段协同换道决策模型[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(7): 66-75.
[4]	郑亚晶, 李耀辉, 靳文舟. 考虑换乘客流的城市轨道交通网络末班车衔接优化研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(5): 32-39,72.
[5]	夏琴香, 李凯, 马骏, 等. 基于遗传算法的模具电极调度问题求解[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(3): 80-87.
[6]	周中, 邓卓湘, 陈云, 等. 基于GA-BP神经网络的泡沫轻质土强度预测[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(11): 125-132.
[7]	刘璇, 王子航, 张桐瑞, 等. 港口重载AGV横向稳定的优化控制策略[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2021, 49(8): 113-121.
[8]	李静王晨张家旭. 基于UniTire轮胎模型的汽车行驶速度估计[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(5): 47-55.
[9]	罗玉涛, 周天阳, 许晓通. 基于遗传算法的四轮转向－驱动汽车时变 LQR 控制[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(3): 114-122.
[10]	晋刚何志豪王英俊. 基于遗传算法的5G频率选择表面形状优化方法[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(11): 95-105.
[11]	李家乐刘真伯王雪菲. 智能电网下支持充放电策略的电动汽车配送路径优化[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(10): 31-40.
[12]	靳文舟胡为洋邓嘉怡, 等. 基于混合算法的需求响应公交灵活调度模型 [J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2021, 49(1): 123-133.
[13]	刘刚, 郭德明, 郑文成, 等. 基于轴向热路模型的架空地线与预绞丝接触端面接触电阻的计算[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2020, 48(7): 9-19.
[14]	马宏伟陈丰收. 基于粗粒度并行遗传算法的阻尼器优化布置[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2019, 47(11): 104-112.
[15]	张开升刘浩田王强张保成. 仿生鲔科机器鱼的多机体协同推进效率优化[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2018, 46(7): 109-115,122.

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