腸道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與通過性研究.pdf

1、腸道機(jī)器人的研究對(duì)消化道疾病的診斷和微創(chuàng)治療具有重要的意義。傳統(tǒng)的腸道內(nèi)窺鏡是依靠外界醫(yī)生的推力、腸鏡的自身剛度以及腸鏡與腸道內(nèi)壁之間的接觸力推進(jìn)至待檢測(cè)部分的，其推入過程十分痛苦并且可能會(huì)導(dǎo)致腸道打結(jié)。以往的內(nèi)窺鏡機(jī)器人研究集中于全介入內(nèi)窺鏡機(jī)器人的研究，但由于其能源供給、病灶定位和診療操作控制的問題無法得到滿意解決，研究一直停滯于樣機(jī)研究階段。解決現(xiàn)有問題的關(guān)鍵在于研制半介入式內(nèi)窺鏡腸道機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)鏡身的主動(dòng)變形以適應(yīng)腸道的狹小空間

2、，減少甚至不與腸道內(nèi)壁相接觸，其研究的重點(diǎn)在于主動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏡身模型的建立，分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性和通過腸道的方法，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
　　首先，論文從已有的腸道機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其驅(qū)動(dòng)方式入手，分析了機(jī)器人的關(guān)節(jié)變量與驅(qū)動(dòng)繩長度之間的關(guān)系，并利用極限的思想得到了完全連續(xù)體機(jī)器人的關(guān)節(jié)變量與驅(qū)動(dòng)繩長度之間的關(guān)系。對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)位置運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，得到了從驅(qū)動(dòng)繩長到關(guān)節(jié)末端的位姿的映射關(guān)系，并分析了關(guān)節(jié)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)以及機(jī)器人連續(xù)體化后對(duì)關(guān)節(jié)變

3、量產(chǎn)生的誤差。
　　其次，論文基于Microsoft Visual C++及 OpenGL，利用醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)造了人體腸道空間模型，并給出了其中心線在固定坐標(biāo)系下的方程。建立起機(jī)器人仿真模型。利用已知的或者是由曲線擬合得到的腸道中心線方程，提出了一種基于機(jī)器人各關(guān)節(jié)的末端點(diǎn)位于中心線上的方法，在平面內(nèi)采用二分法、在空間內(nèi)采用布羅依登法獲得機(jī)器人位姿方程組的解，對(duì)機(jī)器人的通過性進(jìn)行了研究。并對(duì)機(jī)器人通過腸道時(shí)的誤差進(jìn)行了分析，比較了不同