面向柔彈性壁的膠囊式微型機(jī)器人的研究.pdf

1、微創(chuàng)介入治療具有安全、可靠、無痛苦、愈合速度快等特點(diǎn)，隨著微電子機(jī)械技術(shù)的發(fā)展和微系統(tǒng)加工技術(shù)的成熟，使介入治療方法成為可能。生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展趨勢對醫(yī)療設(shè)備的微型化、便攜性、經(jīng)濟(jì)性等因素的要求愈來愈高。 本文在研制了非接觸式旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用橡膠材料的超彈性，提出了一種具有徑向間隙自補(bǔ)償功能的適于柔彈性壁內(nèi)驅(qū)動行走的膠囊式醫(yī)用微型機(jī)器人的技術(shù)方案，研制了機(jī)器人樣機(jī)。 研制的機(jī)器人間隙補(bǔ)償原理是機(jī)器人外表

2、面包裹超彈性橡膠材料膠囊，在膠囊內(nèi)壁與內(nèi)驅(qū)動器的環(huán)形空間嵌有四瓣銅塊制作的同步離心伸展機(jī)構(gòu)。當(dāng)微機(jī)器人以一定角速度旋轉(zhuǎn)時，銅塊受到離心力的作用，推動螺旋結(jié)構(gòu)膠囊表面沿徑向擴(kuò)充和膨脹，即能將腸道等柔彈性管壁撐開，又能推動螺旋結(jié)構(gòu)膠囊表面與復(fù)雜凸凹或變截面柔彈性管壁自適應(yīng)接觸，能有效地消除機(jī)器人膠囊表面與柔彈性管壁的間隙，減小動壓油膜的厚度，提高機(jī)器人的軸向推進(jìn)力和游動速度。 根據(jù)雷諾方程，本文對螺旋微機(jī)器人的運(yùn)動特性進(jìn)行了分析，建

3、立微機(jī)器人軸向推進(jìn)力、液體阻力矩、游動速度以及承載力的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而探討了螺旋特性參數(shù)對運(yùn)動特性的影響?？紤]端部阻力后，對油液粘度對游動速度的影響進(jìn)行了分析，并對微機(jī)器人的響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真研究。同時對微機(jī)器人在柔彈性壁內(nèi)的徑向膨脹的動態(tài)過程進(jìn)行了分析，建立了間隙自補(bǔ)償動態(tài)平衡方程，依據(jù)徑向間隙的特性，提出了啟動轉(zhuǎn)速的概念。然后對機(jī)器人的徑向變形和機(jī)器人的運(yùn)動特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明理論分析的準(zhǔn)確性。最后在離體豬大腸內(nèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)