口服胶囊机器人的主动控制不仅解决了临床介入治疗过程中存在视觉盲区的问题,而且可以通过外界磁场对胶囊机器人的运动进行准确控制,实现人体胃肠道等非结构宽裕环境内安全、可靠的检测,具有广泛的临床应用价值,也是当今国际微小型机器人的研究热点。本文的主要研究内容是在所设计的双半球机器人的基础上,通过仿真和试验的方式对胶囊机器人诊断过程中的动态特性进行分析和研究。在总结现有胶囊机器人结构特征和课题组研究基础之上,提出了一种双半球型机器人结构方案,该结构主要由两个可以相互转动的半球组成。通过双半球机器人内嵌永磁体与空间万向旋转磁场的相互耦合,实现了机器人在主动模态下的滚动行走和被动模态下的悬停调姿。为了更加准确探究这种纯磁矩作用下机器人模态工作原理,将机器人的工作模态分为三部分,主动模态,被动模态和伪被动模态,且通过磁场方向的改变实现了模态间的相互转换。无论机器人处于何种工作模态,机器人主动半球总是相对轴线自转,这是一种动力学问题。为了分析各模态动力学特性,首先通过引入固定坐标系、平移坐标系、赖柴坐标描述机器人的空间位置和姿态,基于欧拉坐标变换、陀螺力学、理论力学、拉格朗日方程,推导机器人主被动模态及延伸伪被动模态的动力学方程。由于双半球形机器人系统是一种欠驱动,时变,高度非线性,强耦合系统,动力学求解复杂,本文主要通过Matlab/Simulink模块对各个模态下的动力学方程进行仿真计算。最后,结合离体猪大肠实验验证了结构可行性及多模型理论推导的正确性。通过分析机器人轴线姿态角的时间响应曲线,证明了机器人在被动模态下轴线具有较强的抗干扰能力,机器人轴线的稳定关于磁场强度和磁场旋转角速度存在一定的稳定区间。且机器人具有一定的自站立特性,即在一定的磁场方向作用下,机器人无论初始处于伪被动模态或者被动模态,机器人的主动半球总是能够处于上方,这也保证了机器人轴线方向的唯一性,实现了机器人姿态的唯一性控制,为机器人在盲区内的诊断做铺垫。