【摘 要】
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微创介入治疗具有安全、可靠、无痛苦、愈合速度快等特点,随着微电子机械技术的发展和微系统加工技术的成熟,使介入治疗方法成为可能。生物医学工程的发展趋势对医疗设备的微
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微创介入治疗具有安全、可靠、无痛苦、愈合速度快等特点,随着微电子机械技术的发展和微系统加工技术的成熟,使介入治疗方法成为可能。生物医学工程的发展趋势对医疗设备的微型化、便携性、经济性等因素的要求愈来愈高。本文在研制了非接触式旋转磁场驱动控制系统的基础上,利用橡胶材料的超弹性,提出了一种具有径向间隙自补偿功能的适于柔弹性壁内驱动行走的胶囊式医用微型机器人的技术方案,研制了机器人样机。研制的机器人间隙补偿原理是机器人外表面包裹超弹性橡胶材料胶囊,在胶囊内壁与内驱动器的环形空间嵌有四瓣铜块制作的同步离心伸展机构。当微机器人以一定角速度旋转时,铜块受到离心力的作用,推动螺旋结构胶囊表面沿径向扩充和膨胀,即能将肠道等柔弹性管壁撑开,又能推动螺旋结构胶囊表面与复杂凸凹或变截面柔弹性管壁自适应接触,能有效地消除机器人胶囊表面与柔弹性管壁的间隙,减小动压油膜的厚度,提高机器人的轴向推进力和游动速度。根据雷诺方程,本文对螺旋微机器人的运动特性进行了分析,建立微机器人轴向推进力、液体阻力矩、游动速度以及承载力的数学模型,进而探讨了螺旋特性参数对运动特性的影响。考虑端部阻力后,对油液粘度对游动速度的影响进行了分析,并对微机器人的响应特性进行了仿真研究。同时对微机器人在柔弹性壁内的径向膨胀的动态过程进行了分析,建立了间隙自补偿动态平衡方程,依据径向间隙的特性,提出了启动转速的概念。然后对机器人的径向变形和机器人的运动特性进行了实验研究,实验结果表明理论分析的准确性。最后在离体猪大肠内进行了实验,表明该机器人可以在肠道内水平和垂直的行走。实验表明提出的径向间隙补偿方法可显著地提高微机器人的驱动性能,为进一步实用化奠定了基础。
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