諧振式纖毛結構腸道內窺機器人研究.pdf

1、腸道膠囊內窺鏡的出現(xiàn)是醫(yī)學內窺鏡技術發(fā)展的一個里程碑,它結束了醫(yī)學臨床無法對人體小腸進行直接觀察的歷史,也極大的減輕了病人因手術帶來的痛苦。但這種膠囊內窺鏡只能利用消化道自然蠕動來遍歷整個腸道,這個過程緩慢而不可控。為實現(xiàn)膠囊內窺鏡的功能擴展,必須在現(xiàn)有基礎上加入安全有效的驅動控制技術。本文針對這一情況,提出了一種諧振式纖毛結構腸道內窺機器人,該機器人結構簡單、無傳動副、易于小型化,采用雙壓電層膜驅動器,設計了曲面單向纖毛驅動足陣列結構

2、。在行走表面的約束作用下,驅動足在振動的同時會與行走表面發(fā)生碰撞,構成一個碰撞振動系統(tǒng),利用共振和驅動足與接觸面摩擦的非對稱性,驅動機構向前運動。
　　本研究主要內容包括：⑴纖毛-腸道接觸過程建模。在對人體胃腸道的生理特征進行詳細分析的基礎上,研究纖毛—腸道非對稱摩擦特性,建立纖毛-腸道動態(tài)接觸滑移過程模型。⑵動力學模型研究。對纖毛結構腸道內窺機器人進行構型設計。建立壓電振子的機電耦合模型,建立機器人—腸道系統(tǒng)動力學模型。⑶諧振驅

3、動機理研究。搭建機器人—腸道系統(tǒng)數(shù)值仿真模型,進行基于數(shù)值仿真模型的機器人參數(shù)分析,按照各參數(shù)變化對運動的影響趨勢進行結構參數(shù)的設計。⑷實驗研究。研制腸道內窺鏡機器人的實驗樣機,樣機直徑16mm,長36mm,重5.518 g。搭建實驗平臺,對樣機的運動性能進行測試,實驗結果表明在激勵電壓為8V,纖毛驅動足夾角為060時,機器人在直管、彎管和離體豬腸道內均有運動能力,證明了理論分析的正確性和有效性。⑸對腸道內窺機器人樣機集成、驅動技術、模