面向柔彈性壁的膠囊式微型機(jī)器人的研究.pdf_第1頁(yè)
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1、微創(chuàng)介入治療具有安全、可靠、無(wú)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(shì)對(duì)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(lái)愈高。 本文在研制了非接觸式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí),銅塊受到離心力的作用,推動(dòng)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(kāi),又能推動(dòng)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(dòng)壓油膜的厚度,提高機(jī)器人的軸向推進(jìn)力和游動(dòng)速度。 根據(jù)雷諾方程,本文對(duì)螺旋微機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)特性的影響??紤]端部阻力后,對(duì)油液粘度對(duì)游動(dòng)速度的影響進(jìn)行了分析,并對(duì)微機(jī)器人的響應(yīng)特性進(jìn)行了仿真研究。同時(shí)對(duì)微機(jī)器人在柔彈性壁內(nèi)的徑向膨脹的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了分析,建立了間隙自補(bǔ)償動(dòng)態(tài)平衡方程,依據(jù)徑向間隙的特性,提出了啟動(dòng)轉(zhuǎn)速的概念。然后對(duì)機(jī)器人的徑向變形和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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)

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