諧振式纖毛結(jié)構(gòu)腸道內(nèi)窺機(jī)器人研究.pdf

1、腸道膠囊內(nèi)窺鏡的出現(xiàn)是醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑,它結(jié)束了醫(yī)學(xué)臨床無法對(duì)人體小腸進(jìn)行直接觀察的歷史,也極大的減輕了病人因手術(shù)帶來的痛苦。但這種膠囊內(nèi)窺鏡只能利用消化道自然蠕動(dòng)來遍歷整個(gè)腸道,這個(gè)過程緩慢而不可控。為實(shí)現(xiàn)膠囊內(nèi)窺鏡的功能擴(kuò)展,必須在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加入安全有效的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。本文針對(duì)這一情況,提出了一種諧振式纖毛結(jié)構(gòu)腸道內(nèi)窺機(jī)器人,該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無傳動(dòng)副、易于小型化,采用雙壓電層膜驅(qū)動(dòng)器,設(shè)計(jì)了曲面單向纖毛驅(qū)動(dòng)足陣列結(jié)構(gòu)

2、。在行走表面的約束作用下,驅(qū)動(dòng)足在振動(dòng)的同時(shí)會(huì)與行走表面發(fā)生碰撞,構(gòu)成一個(gè)碰撞振動(dòng)系統(tǒng),利用共振和驅(qū)動(dòng)足與接觸面摩擦的非對(duì)稱性,驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)向前運(yùn)動(dòng)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴纖毛-腸道接觸過程建模。在對(duì)人體胃腸道的生理特征進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上,研究纖毛—腸道非對(duì)稱摩擦特性,建立纖毛-腸道動(dòng)態(tài)接觸滑移過程模型。⑵動(dòng)力學(xué)模型研究。對(duì)纖毛結(jié)構(gòu)腸道內(nèi)窺機(jī)器人進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)。建立壓電振子的機(jī)電耦合模型,建立機(jī)器人—腸道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。⑶諧振驅(qū)

3、動(dòng)機(jī)理研究。搭建機(jī)器人—腸道系統(tǒng)數(shù)值仿真模型,進(jìn)行基于數(shù)值仿真模型的機(jī)器人參數(shù)分析,按照各參數(shù)變化對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響趨勢(shì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)。⑷實(shí)驗(yàn)研究。研制腸道內(nèi)窺鏡機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),樣機(jī)直徑16mm,長(zhǎng)36mm,重5.518 g。搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在激勵(lì)電壓為8V,纖毛驅(qū)動(dòng)足夾角為060時(shí),機(jī)器人在直管、彎管和離體豬腸道內(nèi)均有運(yùn)動(dòng)能力,證明了理論分析的正確性和有效性。⑸對(duì)腸道內(nèi)窺機(jī)器人樣機(jī)集成、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、模