內(nèi)窺鏡機器人驅(qū)動單元研究.pdf

1、內(nèi)窺鏡機器人的研究對消化道疾病的微創(chuàng)治療技術(shù)具有重要意義。以往的內(nèi)窺鏡機器人研究集中于全自主式非介入內(nèi)窺鏡的研究，但由于其能源供給、病灶定位和診療操作控制的問題無法得到滿意解決，研究一直停滯于樣機研究階段。解決現(xiàn)有問題的關(guān)鍵在于研制半自主介入式內(nèi)窺鏡機器人，實現(xiàn)鏡身的主動可控運動，其研究的重點在于主動運動鏡身理論模型的建立，分析其運動學(xué)特性和力學(xué)性能，為驅(qū)動控制和結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　論文首先分析了腸道內(nèi)窺鏡的特殊工作環(huán)境，并相

2、應(yīng)提出機器人的設(shè)計指標。采用仿生學(xué)設(shè)計了內(nèi)窺鏡的驅(qū)動單元模塊。多個驅(qū)動單元組成的內(nèi)窺鏡機器人屬于連續(xù)體機器人范疇，對比其他機器人構(gòu)型對腸道的多彎道狹小空間具有更好的適應(yīng)性。
　　針對內(nèi)窺鏡機器人驅(qū)動單元進行運動學(xué)分析。提出空間坐標直接變換的分析方法，比較運動離散化方法分析結(jié)果具有更簡潔實用的優(yōu)點。從驅(qū)動拉繩控制輸入與單元空間位置的幾何關(guān)系入手，分析驅(qū)動單元逆運動學(xué)并最終得到驅(qū)動單元的工作空間。
　　建立驅(qū)動單元力學(xué)模型。分析

3、平衡態(tài)下驅(qū)動單元的各個組成部分受力狀態(tài)，對驅(qū)動拉繩進行了等效受力分析和象限分解。建立驅(qū)動單元模型誤差函數(shù)，對運動學(xué)理論的描述誤差做出估計，并采用最小模型誤差參數(shù)指導(dǎo)設(shè)計驅(qū)動單元結(jié)構(gòu)設(shè)計。對驅(qū)動單元力學(xué)性能進行分析，研究其在形變下的響應(yīng)。討論了驅(qū)動單元間耦合的現(xiàn)象與原因并論證了拉繩套管結(jié)構(gòu)的去耦合作用。
　　最后搭建內(nèi)窺鏡機器人驅(qū)動單元實驗平臺，對雙驅(qū)動單元有耦合運動、單驅(qū)動單元無耦合獨立運動和雙驅(qū)動單元無耦合聯(lián)動進行實驗分析。驗證