一種槳驅(qū)動(dòng)游動(dòng)介入機(jī)器人的研究.pdf

1、隨著微電子機(jī)械技術(shù)（MEMS）的快速發(fā)展及介入診療手術(shù)對(duì)新技術(shù)的迫切需求，用于介入診療的微機(jī)器人已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。與其它類型介入微機(jī)器人相比，游動(dòng)式介入診療微型機(jī)器人具有非接觸、無(wú)摩擦、少盲區(qū)、低損傷、多自由度等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為介入診療微機(jī)器人研究的重要選擇之一。本文設(shè)計(jì)了一種新型的槳驅(qū)動(dòng)游動(dòng)微機(jī)器人，該機(jī)器人以左螺旋槳、右螺旋槳及“直槳”各一個(gè)為推進(jìn)器，運(yùn)動(dòng)時(shí)，三槳協(xié)同合作，調(diào)節(jié)游動(dòng)機(jī)器人所受合力與合力矩，進(jìn)而調(diào)節(jié)游動(dòng)機(jī)器人的姿

2、態(tài)，本方案中游動(dòng)機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)進(jìn)退、轉(zhuǎn)艏、縱傾、橫傾多自由度運(yùn)動(dòng)。
　　論文首先對(duì)游動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)。在充分考慮游動(dòng)機(jī)器人在液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力、推力及機(jī)器人排液量的基礎(chǔ)上，基于FLUENT流體仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)了優(yōu)化的機(jī)體與推進(jìn)器。針對(duì)尾部螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時(shí)可能會(huì)對(duì)人體造成損傷的安全問(wèn)題，提出了有效的安全保護(hù)措施。針對(duì)液體中游動(dòng)機(jī)器人的靜密封與動(dòng)密封兩種不同問(wèn)題分別提出了不同的處理方案。
　　本文從動(dòng)量及動(dòng)量矩定理著手，推導(dǎo)

3、出游動(dòng)機(jī)器人的空間運(yùn)動(dòng)一般方程，結(jié)合游動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方案，進(jìn)一步闡明了游動(dòng)機(jī)器人進(jìn)退、轉(zhuǎn)艏、縱傾、橫傾等自由度的實(shí)現(xiàn)機(jī)理。作為管道游動(dòng)機(jī)器人一個(gè)重要的功能——轉(zhuǎn)艏，本文基于既定驅(qū)動(dòng)方案，分別使處于靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的游動(dòng)機(jī)器人以不同方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)艏，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的人體管道環(huán)境，使得游動(dòng)機(jī)器人更加靈活多變。
　　本文使用FLUENT流體仿真軟件，分別針對(duì)游動(dòng)機(jī)器人機(jī)體及推進(jìn)器進(jìn)行流體仿真，分析出游動(dòng)機(jī)器人阻力與速度、液體粘度、管道直徑、外形之間的

4、關(guān)系；推進(jìn)力與槳角速度、槳直徑、槳的幾何分布之間的關(guān)系。依據(jù)分析結(jié)果，擬合獲得機(jī)器人阻力/阻力矩函數(shù)、推進(jìn)器推進(jìn)力/力矩函數(shù)。令游動(dòng)機(jī)器人所受合力/合力矩對(duì)應(yīng)等于推進(jìn)力所提供的合力/合力矩，即可得出游動(dòng)機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)各種自由度時(shí)，游動(dòng)機(jī)器人的速度/角速度和推進(jìn)器角速度的關(guān)系式，為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制打下基礎(chǔ)。
　　最后，設(shè)計(jì)了游動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)及相關(guān)應(yīng)用電路。游動(dòng)機(jī)器人推進(jìn)馬達(dá)選用直流無(wú)刷空心杯電機(jī)，采用PWM調(diào)速，設(shè)計(jì)了電機(jī)控制及驅(qū)