一種醫(yī)用管道微機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)醫(yī)療設(shè)備的要求越來(lái)越高。近年來(lái)，提出了多種進(jìn)入人體管道進(jìn)行無(wú)創(chuàng)傷治療的醫(yī)用微機(jī)器人。該項(xiàng)研究是華南理工大學(xué)高水平大學(xué)建設(shè)項(xiàng)目：“醫(yī)用人體管道微機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究。”在項(xiàng)目基金的資助下，該文完成了以下工作： 首先，該文提出了醫(yī)用管道微機(jī)器人的研究意義；介紹了近幾年來(lái)國(guó)、內(nèi)外醫(yī)用管道微機(jī)器人方面的部分研究成果；總結(jié)了先前的研究成果；并指出存在的實(shí)際問(wèn)題和需要研究的理論問(wèn)題。

2、 其次，該文介紹了人體胃腸道包括食管、胃、小腸和大腸的生理結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及其能動(dòng)性控制機(jī)制；利用彈性力學(xué)的知識(shí)，提出一些對(duì)人體胃腸道的基本假定；通過(guò)分析胃腸道蠕動(dòng)時(shí)的彈性變形和受力，建立胃腸道的蠕動(dòng)模型。根據(jù)胃腸道蠕動(dòng)傳動(dòng)模型，提出了一種模擬腸道蠕動(dòng)傳動(dòng)的方法，設(shè)計(jì)并制作了模擬胃腸道蠕動(dòng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了理論分析。利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了模擬醫(yī)用微機(jī)器人腸道內(nèi)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)研究胃腸道蠕動(dòng)和不同粘度的潤(rùn)滑液體對(duì)醫(yī)用微機(jī)器人在軟

3、管內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度的影響，重量和直徑對(duì)醫(yī)用微機(jī)器人在軟管內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度的影響。分析了仿膠囊形狀微機(jī)器人在軟管內(nèi)運(yùn)動(dòng)的力學(xué)模型，并將理論模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較研究，研究醫(yī)用微機(jī)器人在軟管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 再次，該文設(shè)計(jì)并制作了微驅(qū)動(dòng)器的模型，包括微驅(qū)動(dòng)器主體結(jié)構(gòu)和微傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。建立微驅(qū)動(dòng)器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程，分析影響微驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的因素。對(duì)驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，包括驅(qū)動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)力學(xué)模型。進(jìn)行微驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，

4、研究了微驅(qū)動(dòng)器的爬坡能力、工作電壓與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系和微驅(qū)動(dòng)器在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)的原因，等等。 然后，該文介紹了微小力實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)原理；設(shè)計(jì)并制作了微小信號(hào)數(shù)據(jù)采集電路；利用數(shù)據(jù)采集電路和壓力傳感器研制了彈性鉤桿嚙合有效傳動(dòng)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)。利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)研究彈性鉤桿嚙合有效傳動(dòng)力的變化規(guī)律，包括研究主、從動(dòng)鉤桿在不同嚙合深度的條件下，工作電壓與有效傳動(dòng)力之間的關(guān)系；主、從動(dòng)鉤桿在不同嚙合深度的條件下，直流電機(jī)工作電壓為1.5V時(shí)，有效