肠道驻留机构的设计和实验

研究并设计了一种微型肠道驻留机构以实现胃肠道机器人在人体肠道特殊环境下的有效驻留。该驻留机构采用径向伸出三组腿的方式实现扩张,扩张后三组腿仍然处于封闭状态,从而有效降低了肠道组织被夹住的风险。对驻留机构与肠道之间的相互作用进行了建模分析,并将驻留机构的驻留力分为库伦摩擦力和边缘阻力两部分,分析了其产生机理。通过实验测试了驻留机构的扩张力以及驻留力。实验结果表明:驻留机构的扩张力与理论分析较为接近,驻留力大小与肠道直径、驻留腿扩张直径以及驻留机构速度有关。当驻留腿的扩张直径为20~26mm时,驻留力大小为0.15~0.4N;当驻留腿扩张直径大于26mm时,驻留力迅速增加,为0.5~1.8N。设计的肠道驻留机构体积小、安全,可较好地适应肠道的生理环境,并为肠道诊疗微型机器人驻留机构的设计提供了一种新的思路。     

面向逆变器并联的虚拟振荡器控制技术综述

虚拟振荡器控制作为继下垂控制和虚拟同步机控制之后提出的新型多逆变器无互联线并联技术,因其独特的自同步机制和快速的动态响应性能等特点而成为当前的研究热点。从控制结构、多机同步运行机制和动力学特性方面论述了虚拟振荡器的控制原理;从功率控制策略、小信号稳定性、新型虚拟振荡器方案3个方面对虚拟振荡器控制技术的研究现状进行了全面综述;分析并总结了虚拟振荡器控制与下垂控制、虚拟同步机控制的对比研究。结合目前虚拟振荡器控制面临的若干关键问题,对未来研究方向和可能的相关解决思路进行了探讨。     

胶囊内窥镜在肠道中的钳位

由于胶囊内窥镜的有效钳位是实现其在肠道中有效驻停及运动的重要因素,本文研究并设计了胶囊内窥镜的钳位机构.首先,基于对摩擦力和肠道形变的分析,讨论了影响钳位力的因素.考虑肠道安全性,设计了阿基米德螺线腿机构.然后,通过构建离体肠道测试平台,测试不同直径、宽度、纹理及形状的样本在肠道内的钳位特性;分析实验结果,并建立了可定性描述钳位力的方程.最后,基于电流反馈实现钳位机构的安全控制;通过离体实验测试了钳位机构运动性能,并验证了钳位机构的安全性和可行性.实验结果显示,优化后的螺线腿钳位机构的钳位力达1.486 N;可较好地适应肠道的生理环境,满足扩展肠道、安全钳位的要求.     

特殊环境移动机器人运动学及工作空间分析

针对特殊环境下危险的工作任务,以关节履带式移动机器人车体为移动平台,设计了一种5自由度机械手,并对机械手的运动学及工作空间进行了分析和仿真。通过对机械手的结构分析,以及模型简化,运用D-H法建立关节坐标系,求得了运动学正解。结合MATLAB软件,使用了蒙特卡洛数值法对机械手的运动学及工作空间进行仿真,得到了机械手工作空间的仿真结果。仿真结果验证了特殊环境移动机器人设计的合理性,满足工作要求。