內窺鏡機器人驅動單元研究.pdf

1、內窺鏡機器人的研究對消化道疾病的微創(chuàng)治療技術具有重要意義。以往的內窺鏡機器人研究集中于全自主式非介入內窺鏡的研究，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研究階段。解決現(xiàn)有問題的關鍵在于研制半自主介入式內窺鏡機器人，實現(xiàn)鏡身的主動可控運動，其研究的重點在于主動運動鏡身理論模型的建立，分析其運動學特性和力學性能，為驅動控制和結構設計奠定基礎。
　　論文首先分析了腸道內窺鏡的特殊工作環(huán)境，并相

2、應提出機器人的設計指標。采用仿生學設計了內窺鏡的驅動單元模塊。多個驅動單元組成的內窺鏡機器人屬于連續(xù)體機器人范疇，對比其他機器人構型對腸道的多彎道狹小空間具有更好的適應性。
　　針對內窺鏡機器人驅動單元進行運動學分析。提出空間坐標直接變換的分析方法，比較運動離散化方法分析結果具有更簡潔實用的優(yōu)點。從驅動拉繩控制輸入與單元空間位置的幾何關系入手，分析驅動單元逆運動學并最終得到驅動單元的工作空間。
　　建立驅動單元力學模型。分析

3、平衡態(tài)下驅動單元的各個組成部分受力狀態(tài)，對驅動拉繩進行了等效受力分析和象限分解。建立驅動單元模型誤差函數(shù)，對運動學理論的描述誤差做出估計，并采用最小模型誤差參數(shù)指導設計驅動單元結構設計。對驅動單元力學性能進行分析，研究其在形變下的響應。討論了驅動單元間耦合的現(xiàn)象與原因并論證了拉繩套管結構的去耦合作用。
　　最后搭建內窺鏡機器人驅動單元實驗平臺，對雙驅動單元有耦合運動、單驅動單元無耦合獨立運動和雙驅動單元無耦合聯(lián)動進行實驗分析。驗證