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胃肠道诊疗微型蠕动机器人系统研究
资料介绍
人体胃肠道疾病是临床的多发病。目前临床用于人体胃肠道介入式诊疗的方法大都是采用胃肠道内窥镜，内窥镜在治疗过程中，会给病人带来极大痛苦。为了减少病人的治疗痛苦，实现对人体胃肠道疾病的无创诊疗，本文在国家863计划（项目编号：2007AA04Z234）、国家自然科学基金（项目编号：60875061）的资助下，致力于开发一种适用于人体胃肠道环境的胃肠道诊疗微型蠕动机器人系统。该机器人系统采用直流电机驱动，利用微加工技术、微驱动技术、微电子技术以及临床医学技术，具有体积小、重量轻、功重比高、控制简单的优点。 在对人体肠道的生理特性进行研究的基础上，参考蚯蚓蠕动原理，提出了一种仿蚯蚓蠕动的多节机器人设计方案。通过对其爬坡能力的分析，确定了机器人由3节驱动器和1节头舱组成。对各种驱动器驱动方法进行了比较，选择直流电机驱动。设计出蜗轮蜗杆减速箱，通过齿轮和蜗杆蜗轮减速传动，并用拉线方式实现直线驱动。建立了驱动机构的动力学模型，通过对机构摩擦损耗的研究，对机构进行了优化，提高了机构的传动效率。针对人体胃肠道蜿蜒曲折和潮湿润滑的特殊环境，设计了具有灵活转弯自由度的万向节机构，以及密封性能和附着性能都良好的硅胶波纹管覆膜。选用MCU单片机加模拟开关的方式控制机器人驱动器的伸缩，当各节驱动器按一定步序伸缩时，机器人就可实现前进和后退运动。 组装完成了胃肠道诊疗微型机器人样机，其外径约为Φ11.4mm，收缩时总长约为114.5mm，步距约为10mm。对机器人样机进行了牵引力和运动性能试验。实验结果表明，该机器人样机能在额定电压驱动下稳定地运行，其波纹管结构能有效提高机器人在动物离体肠道内运行的有效性。
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