基于無(wú)線供能胃腸道微型機(jī)器人診查系統(tǒng)研究.pdf

1、致力于實(shí)現(xiàn)胃腸道疾病無(wú)創(chuàng)、無(wú)痛、多生理參數(shù)檢測(cè)的胃腸道微型機(jī)器人研究正備受國(guó)內(nèi)外工程和醫(yī)學(xué)研究者關(guān)注，已成為國(guó)內(nèi)外醫(yī)療器械領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文受國(guó)家自然科學(xué)基金(31170968)，上海市科委科研計(jì)劃項(xiàng)目(14441902800)資助，對(duì)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)式機(jī)器人內(nèi)窺鏡診查系統(tǒng)展開(kāi)研究。
　　本文結(jié)合腸道特性，分析了機(jī)器人內(nèi)窺鏡的運(yùn)動(dòng)形式并進(jìn)行了仿尺蠖運(yùn)動(dòng)式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在滿足機(jī)器人微型化和生物安全性標(biāo)準(zhǔn)條件下，設(shè)計(jì)了采用閉合式連桿

2、結(jié)構(gòu)的徑向擴(kuò)展機(jī)構(gòu)，以及采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)的軸向伸縮機(jī)構(gòu)。其中，徑向擴(kuò)展機(jī)構(gòu)的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)在于可實(shí)現(xiàn)較大的變徑比，使得機(jī)器人在Φ13mm的初始尺寸下，擴(kuò)展尺寸達(dá)到Φ42mm。
　　本研究機(jī)器人內(nèi)窺鏡采用無(wú)線能量傳輸方式供能，有效解決了紐扣電池供能不足問(wèn)題和拖纜式供能的生物安全問(wèn)題。本文對(duì)比了現(xiàn)有的電磁諧振、電磁感應(yīng)以及微波等無(wú)線供能方式，并結(jié)合機(jī)器人內(nèi)窺鏡的應(yīng)用情形，確定了基于電磁感應(yīng)耦合的無(wú)線能量傳輸方式。分析了影響交流線圈阻抗的臨

3、近效應(yīng)和趨膚效應(yīng)原理，并進(jìn)行了利茲線和銅線作為接收線圈繞線的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。針對(duì)機(jī)器人具體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種沿圓周均勻分布四個(gè)矩形凹槽的中空?qǐng)A環(huán)形磁芯以及其相應(yīng)的繞線方式，得到了一種新型的三維正交接收線圈。并對(duì)接收線圈的能量傳輸效率以及其輸出的串、并聯(lián)連接方式進(jìn)行了理論分析和計(jì)算。搭建了無(wú)線能量傳輸效率測(cè)試平臺(tái)，得到了在接收線圈任意姿態(tài)下無(wú)線能量傳輸效率不低于5%的結(jié)論。
　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人內(nèi)窺鏡的控制，本文設(shè)計(jì)了以PIC16F690為