內(nèi)窺鏡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元研究.pdf

1、內(nèi)窺鏡機(jī)器人的研究對(duì)消化道疾病的微創(chuàng)治療技術(shù)具有重要意義。以往的內(nèi)窺鏡機(jī)器人研究集中于全自主式非介入內(nèi)窺鏡的研究，但由于其能源供給、病灶定位和診療操作控制的問(wèn)題無(wú)法得到滿意解決，研究一直停滯于樣機(jī)研究階段。解決現(xiàn)有問(wèn)題的關(guān)鍵在于研制半自主介入式內(nèi)窺鏡機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)鏡身的主動(dòng)可控運(yùn)動(dòng)，其研究的重點(diǎn)在于主動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏡身理論模型的建立，分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和力學(xué)性能，為驅(qū)動(dòng)控制和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
　　論文首先分析了腸道內(nèi)窺鏡的特殊工作環(huán)境，并相

2、應(yīng)提出機(jī)器人的設(shè)計(jì)指標(biāo)。采用仿生學(xué)設(shè)計(jì)了內(nèi)窺鏡的驅(qū)動(dòng)單元模塊。多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組成的內(nèi)窺鏡機(jī)器人屬于連續(xù)體機(jī)器人范疇，對(duì)比其他機(jī)器人構(gòu)型對(duì)腸道的多彎道狹小空間具有更好的適應(yīng)性。
　　針對(duì)內(nèi)窺鏡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。提出空間坐標(biāo)直接變換的分析方法，比較運(yùn)動(dòng)離散化方法分析結(jié)果具有更簡(jiǎn)潔實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。從驅(qū)動(dòng)拉繩控制輸入與單元空間位置的幾何關(guān)系入手，分析驅(qū)動(dòng)單元逆運(yùn)動(dòng)學(xué)并最終得到驅(qū)動(dòng)單元的工作空間。
　　建立驅(qū)動(dòng)單元力學(xué)模型。分析

3、平衡態(tài)下驅(qū)動(dòng)單元的各個(gè)組成部分受力狀態(tài)，對(duì)驅(qū)動(dòng)拉繩進(jìn)行了等效受力分析和象限分解。建立驅(qū)動(dòng)單元模型誤差函數(shù)，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的描述誤差做出估計(jì)，并采用最小模型誤差參數(shù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)驅(qū)動(dòng)單元力學(xué)性能進(jìn)行分析，研究其在形變下的響應(yīng)。討論了驅(qū)動(dòng)單元間耦合的現(xiàn)象與原因并論證了拉繩套管結(jié)構(gòu)的去耦合作用。
　　最后搭建內(nèi)窺鏡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)單元實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)雙驅(qū)動(dòng)單元有耦合運(yùn)動(dòng)、單驅(qū)動(dòng)單元無(wú)耦合獨(dú)立運(yùn)動(dòng)和雙驅(qū)動(dòng)單元無(wú)耦合聯(lián)動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。驗(yàn)證