近红外胶囊机器人无线能量接收线圈优化设计

汪炜¹，周诚¹，蒋金磊¹，崔馨元²，颜国正¹，崔大祥¹

（1. 上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海 200240；2. 上海交通大学医学院附属瑞金医院，上海 200025） 

摘  要：针对近红外胶囊机器人的能量供给不足、波动过大等问题，提出了一种无线能量接收线圈设计优化方法。首先通过电磁与电路分析，建立了无线能量传输系统的磁感应强度模型与等效电路模型。结合上述模型，以各维度绕组层数为优化变量，以接收端负载功率归一化标准差和空间尺寸为约束条件，以接收端负载功率平均值最大化为优化目标，建立了接收线圈的优化模型。最后，绕制了三种不同参数的三维接收线圈，通过实验测试了不同驱动电流下的接收端负载功率，对优化结果进行了验证。实验结果显示：接收端负载功率实验值与理论值变化趋势一致，实验值均小于理论值；接收端负载功率归一化标准差理论值为4.6%，平均实验值为9.6%。该研究解决了近红外胶囊机器人的供电问题，对胃肠道疾病的早期诊断和治疗具有重要意义。

关键词：近红外胶囊机器人，荧光成像，无线能量传输，三维接收线圈，设计与优化

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Cite this article: 

 Wang, W., Zhou, C., Jiang, J. et al. Optimization of Wireless Power Receiving Coil for Near-Infrared Capsule Robot. J. Shanghai Jiaotong Univ. (Sci.) 30, 425–432 (2025). https://doi.org/10.1007/s12204-024-2717-0

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