膠囊機器人花瓣廓形的流體特性研究.pdf

1、自主型膠囊機器人能夠安全、有效地對胃腸道疾病進行無創(chuàng)診療，成為醫(yī)療微型機器人發(fā)展的重要里程碑。體外磁驅(qū)動無線膠囊機器人，實現(xiàn)非接觸驅(qū)動和主動控制，可以進行方向和姿態(tài)的調(diào)整，成為具有重要應(yīng)用前景的研究項目。
　　膠囊機器人具有獨特的花瓣廓形，通過對瓦片表面流體特性的深入分析，得到廓形結(jié)構(gòu)對驅(qū)動性能的影響。實際情況下，膠囊機器人瞬時空間位置不穩(wěn)定，因此本文對膠囊機器人的偏心運動特性進行拓展研究。
　　首先，提出一種剛性花瓣狀膠囊

2、機器人，花瓣凸起廓形與管內(nèi)壁形成多個收斂的楔形空間，流體運動路徑改變而產(chǎn)生多楔形效應(yīng)。簡要介紹胃腸道組織的粘彈性和生物力學特性，為膠囊機器人的主要技術(shù)指標提供依據(jù)。提出三軸正交亥姆霍茲線圈加載同頻諧波電流疊加產(chǎn)生空間萬向旋轉(zhuǎn)磁場的技術(shù)方案，驅(qū)動膠囊機器人沿任意方向運動。
　　然后，對花瓣狀膠囊機器人的多楔形效應(yīng)進行理論分析，以膠囊機器人單個花瓣瓦片伸展面為研究對象，分析表面流體速度以及間隙特征，建立了通用壓力模型。利用數(shù)值積分法求

3、解機器人穩(wěn)態(tài)游動速度，同時建立了機器人徑向平衡力矩方程，使用matlab分析軟件編程求解膠囊機器人各結(jié)構(gòu)參數(shù)對液體摩擦阻力距的影響。進行花瓣狀機器人與等效圓柱機器人驅(qū)動性能的對比分析，以花瓣狀機器人的平均液體動壓力和穩(wěn)態(tài)游動速度分別為單目標函數(shù)對廓形進行優(yōu)化設(shè)計，合理選擇花瓣廓形，充分發(fā)揮多楔形效應(yīng)的作用，提高機器人非接觸的驅(qū)動性能。
　　根據(jù)理想情況下膠囊機器人花瓣廓形的流體動壓特性，建立了膠囊機器人偏心運動情況下的油膜厚度數(shù)學