液體環(huán)境下螺旋管道機器人的研究.pdf

1、隨著內窺鏡技術和微創(chuàng)手術的應用范圍不斷擴展，自主式微型管道機器人的研究已經成為學者們研究的熱點。本文針對液體環(huán)境的工業(yè)管道和充滿體液的人體內腔細小管道，提出基于液體環(huán)境的內外螺旋和內螺旋無損傷管道機器人，并對該機器人進行了理論分析和實驗研究。該機器人有望應用于血管等充滿液體的微細管道中實現(xiàn)檢查、采樣、疏通、定點投藥等功能。
　　論文首先指出了工業(yè)界和醫(yī)學領域里傳統(tǒng)管道檢測方法的缺陷，以及管道機器人在工業(yè)界和微創(chuàng)外科手術等方面的重要

2、研究意義，并進一步分析了被動式膠囊內窺鏡、蠕動管道機器人、主動式膠囊機器人、泳動式機器人、螺旋式機器人以及超微機器人的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，提出本論文的研究切入點和主要研究內容。
　　論文提出了螺旋式機器人的兩種結構設計方案，建立螺旋機器人運行時的管道內液體的動力學方程，運用計算流體力學方法求解其液體流場，獲得螺旋機器人的環(huán)境特征與運行參數(shù)（液體密度、液體粘度、管道直徑、偏心距、彎曲管道、外殼轉速、內軸轉速、內外表面轉速和、機器人

3、運行速度等）對機器人運行性能（包括機器人軸向推進力、管道壁所受最大壓力、液體對機器人承載力等）的影響。對比研究了內外螺旋機器人、單節(jié)外螺旋機器人和雙節(jié)外螺旋機器人的軸向推進力、管道壁所受最大壓力、液體對機器人的承載力和所受的液體周向阻力矩與其外殼轉速的關系。為了驗證內外螺旋機器人在液體環(huán)境管道中運行的可行性，從機器人工作原理分析出發(fā)，設計了一套周轉輪系模擬機器人運動時內外兩個螺旋體的工作狀況，進而對機器人系統(tǒng)進行結構設計，制作了一個內外

4、螺旋機器人系統(tǒng)，進行了空載和管道內的運行實驗，并分析了該實驗結果。
　　論文通過引入脈動血流函數(shù)作為血管進口條件，計算了在一個血流脈動周期內，內外螺旋機器人和內螺旋機器人在脈動血流作用下，機器人的軸向推進力、血管壁所受最大和最小壓力，并且分析了不同運行速度對機器人軸向推進力和血管壁所受最大壓力的影響。
　　論文計算了自由狀態(tài)下螺旋機器人的受力和管道壁所受壓力，分析了自由狀態(tài)下內螺旋機器人的內螺旋槽結構參數(shù)（槽口寬、槽底寬、傾

5、角、螺旋槽槽深、螺紋升角和螺紋線數(shù)）對機器人能耗指標和內螺旋軸向推進力的影響，并運用正交試驗優(yōu)化設計方法，優(yōu)化了內螺旋槽結構參數(shù)組合，得到一組最優(yōu)的機器人內螺旋槽結構參數(shù)組合。類似地，分析了內外螺旋機器人外螺旋槽結構參數(shù)對機器人軸向推進力的影響，并運用正交試驗優(yōu)化設計方法，優(yōu)化了外螺旋槽結構參數(shù)組合，得到一組最優(yōu)的機器人外螺旋槽結構參數(shù)組合。
　　論文最后對相關工作進行總結，概括了論文的特色和創(chuàng)新點，并對未來工作提出展望。