一種槳驅動游動介入機器人的研究.pdf

1、隨著微電子機械技術（MEMS）的快速發(fā)展及介入診療手術對新技術的迫切需求，用于介入診療的微機器人已成為國內外的研究熱點。與其它類型介入微機器人相比，游動式介入診療微型機器人具有非接觸、無摩擦、少盲區(qū)、低損傷、多自由度等諸多優(yōu)點，已成為介入診療微機器人研究的重要選擇之一。本文設計了一種新型的槳驅動游動微機器人，該機器人以左螺旋槳、右螺旋槳及“直槳”各一個為推進器，運動時，三槳協(xié)同合作，調節(jié)游動機器人所受合力與合力矩，進而調節(jié)游動機器人的姿

2、態(tài)，本方案中游動機器人能實現(xiàn)進退、轉艏、縱傾、橫傾多自由度運動。
　　論文首先對游動機器人進行了整體設計。在充分考慮游動機器人在液體中運動時所受阻力、推力及機器人排液量的基礎上，基于FLUENT流體仿真結果，設計了優(yōu)化的機體與推進器。針對尾部螺旋槳高速旋轉時可能會對人體造成損傷的安全問題，提出了有效的安全保護措施。針對液體中游動機器人的靜密封與動密封兩種不同問題分別提出了不同的處理方案。
　　本文從動量及動量矩定理著手，推導

3、出游動機器人的空間運動一般方程，結合游動機器人的驅動方案，進一步闡明了游動機器人進退、轉艏、縱傾、橫傾等自由度的實現(xiàn)機理。作為管道游動機器人一個重要的功能——轉艏，本文基于既定驅動方案，分別使處于靜態(tài)與動態(tài)的游動機器人以不同方式實現(xiàn)轉艏，以應對復雜的人體管道環(huán)境，使得游動機器人更加靈活多變。
　　本文使用FLUENT流體仿真軟件，分別針對游動機器人機體及推進器進行流體仿真，分析出游動機器人阻力與速度、液體粘度、管道直徑、外形之間的

4、關系；推進力與槳角速度、槳直徑、槳的幾何分布之間的關系。依據分析結果，擬合獲得機器人阻力/阻力矩函數、推進器推進力/力矩函數。令游動機器人所受合力/合力矩對應等于推進力所提供的合力/合力矩，即可得出游動機器人在實現(xiàn)各種自由度時，游動機器人的速度/角速度和推進器角速度的關系式，為機器人的運動控制打下基礎。
　　最后，設計了游動機器人的控制系統(tǒng)及相關應用電路。游動機器人推進馬達選用直流無刷空心杯電機，采用PWM調速，設計了電機控制及驅