主动式胶囊内窥镜系统设计

设计了一种新型的、基于无线供能的主动式胶囊内窥镜系统,包括胶囊内镜、主动运动、无线供能3个子系统。胶囊内镜子系统可实时获取、传输肠道内部的图像信息;主动运动子系统将微型电机的旋转运动转化为胶囊内窥镜的径向和轴向伸缩,并按照一定的时序配合实现仿尺蠖运动;无线供能子系统接收体外发射线圈产生的电磁场能,将其转换成电能,为整个系统提供能源。后续实验表明:主动式胶囊内窥镜可以运动、定位到肠道病灶点,进行主动式图像诊察,可克服已有胶囊内窥镜不能主动运动,仅靠胃肠蠕动来推动而造成的漏检、误检等缺陷。     

基于微型电机的肠道机器人机构设计

设计了一种基于微型电机的肠道机器人机构.分析了机器人运动方式,并针对该运动方式对轴向伸缩与径向涨缩机构进行了设计与实现,最后通过实验测试了伸缩机构的运动有效性.实现的机构本体蜷缩时尺寸为Φ13mm×50mm,能够实现10mm的轴向步距与8mm的径向变形.     

基于MEMS技术的胃肠诊疗机器人研究及应用综述

内窥镜是当前体内诊疗的主要工具。线缆式微型机器人内窥镜系统和无线药丸式微型机器人内窥镜系统是肠胃道微创诊疗发展的两个最主要方向。本文首先介绍了依据驱动类型划分的具代表性的线缆式内窥镜诊疗机器人,以及无线药丸式内窥镜系统的研制情况,然后对胃肠诊疗机器人的临床应用进行说明,最后对胃肠内窥镜诊疗微型机器人的存在关键问题和发展前景进行了讨论。     

微型腿式胶囊机器人的设计与分析

针对目前主动式胶囊机器人存在的安全性和有效性问题,提出了一种基于伸缩和平移机构的腿式胶囊机器人.其中,伸缩机构采用微型连杆结构,平移结构采用丝杠-螺母结构.在空间位置、速度和输出力等约束条件下,对这两套驱动机构进行建模和分析,实现尺寸参数和电动机工作参数的优化.经过优化,伸展速度的范围为16.8 mm/s~34.2 mm/s,伸展力的范围为2.45 N~0.44 N,伸展效率的范围为92.8%~34.0%;而平移速度、平移推力和平移效率则基本保持恒定,分别为50 mm/min、4.20 N和50%.胶囊机器人驱动单元的长度和外径分别为33 mm和16 mm.最后,在离体猪结肠内测试该腿式胶囊平移机构机器人的性能,结果表明它可实现有效、安全的伸缩与平移运动,其平均速度可达25 mm/min.     

无线供能胃肠道微型诊查机器人系统研究

本文介绍一种新型无缆机器人内镜系统．通过对无线供能、通讯、图像三个子系统的研究,解决了机器人由于拖线而不能深入人体的问题,实现了无线化．设计的双闭环控制无线能量传输系统传输效率达3~8%,传输功率800 mW,为体内无创、微创诊疗器械的进一步研究奠定了基础．通过机器人头部的微型摄像装置,可以把体内图像信息以30帧/秒的帧率实时传输到体外．研制的机器人样机直径12 mm,长150 mm,猪结肠离体实验的结果表明,该机器人能够适应柔软、粘滑的肠道组织．     

可重构模块化机器人研究

可重构模块化机器人是机器人学的一个新的发展方向,其研究的核心和基础问题是可重构机器人的模块设计以及模块组合的运动规划。设计了一种新型可重构模块化机器人,该机器人具有独特的平面连接机构,实现了结构、驱动、运动和功能的模块化,能够根据需要重新构形,完成实时任务。分别介绍了模块单元的机械结构设计、连接机构以及基于CAN总线的控制系统结构。构建了基于OpenGL技术和VC++开发平台的机器人仿真实验系统,仿真机器人构形和运动,验证了模块设计的正确性和整体运动构形规划方法的有效性。     

基于CARLA-PSO组合模型的机器人步态控制系统设计

传统机器人步态控制系统对路线把握能力不强,导致对机器人步态的控制精度较差、时间过长。为解决上述问题,基于CARLA-PSO组合模型设计了一种新的机器人步态控制系统。硬件部分挑选操作性能较高的硬件元件系统,精准掌控系统中心点的位置,并在此位置上加大数据研究力度,通过数据监视模块及数据控制模块获取的数据结果,利用目标参数控制模块实施数据处理操作;以收集的硬件信息作为软件操作基础,利用CARLA-PSO组合模型得出机器人步态控制局部及全局最优解,综合运用软件控制算法整合获取的步态信息,调控路径信息,结合传感角信息,清理无关步态数据,完成机器人步态控制系统设计。实验结果表明,基于CARLA-PSO组合模型的机器人步态控制系统能够更精准地把控路线,相较于传统控制系统,设计的系统控制时间提高了15.2%,具有较好的控制效果。     

驻留–伸缩式微型胃肠道机器人的力学建模

介绍了能够描述胃肠道组织的应力–应变关系的超弹性本构模型.针对胃肠道特殊的生物力学环境,提出了一种基于驻留–伸缩的微型胃肠道机器人运动方式.通过研究微机器人单舱体与肠道组织相互的力学作用,建立了机器人单舱体运动时的速度与阻力关系;通过研究机器人整机与肠道的力学作用,建立了机器人的运动效率公式;结合以上力学分析,推导出基于超弹性本构模型的临界步距数学模型.该数学模型能够指导机器人设计与参数优化.最后,通过机器人模型实验获得了单舱体在肠道中的速度–拉力关系,并用机器人样机的离体实验验证了临界步距模型.     

基于OV2640的微型胶囊内窥镜系统设计

为了实现消化道疾病的无痛检查,研究并设计了一种基于OV2640的微型胶囊内窥镜无线图像传输系统,该系统由2.4GHz低功耗射频收发芯片nRF24LE1和CMOS图像传感器OV2640构成。分析了图像无线传输的原理与图像压缩技术,介绍了该系统的硬件结构。实验结果表明:该系统可得到清晰的图像,系统运行稳定,功耗低,体内微型胶囊内窥镜直径只有13 mm,为微型胶囊内窥镜的临床诊断提供了一种可行方案。     

一种适用于胶囊机器人的肠道几何参数感知方法

胶囊机器人被认为是实现肠道疾病微创诊查最具前景的器件,肠道的几何参数（即半径和厚度）感知对于机器人在未知的肠道环境中实现主动运动具有重要意义,然而现阶段胶囊机器人均不具备这一感知功能;为此提出一种基于扩张机构和薄膜压力传感器的肠道几何参数感知方法;通过在扩张机构末端安装薄膜压力传感器,测量不同扩张半径下肠道的收缩压力,并基于压力值和以本构方程为核心构建的感知模型,实现对肠道初始半径及厚度的感知;搭建实验平台对该感知方法测试发现：针对五段具有不同几何参数的离体猪肠道,可在15s内完成对肠道几何参数感知,对于初始厚度的感知误差范围为[0.084 mm, 0.239 mm],初始半径的感知误差范围为[0.186 mm, 0.339 mm]。     

微小气动机器人移动FSM建模与控制

根据仿生尺蠖运动机理研制了一种用于人体腔道微创诊查的微小机器人系统,该机器人系统由前支撑单元、后支撑单元和具有3个气室的橡胶驱动器三部分组成.根据微型机器人的本体结构分析了机器人的移动控制原理,给出了在一个运动循环周期内机器人移动一个步距的运动状态和控制时序.阐述了有限状态机原理,并基于有限状态机原理建立了该机器人移动...     

微小气动机器人系统的模糊自适应PID控制

基于尺蠖的移动机理,研制了一种具有柔性移动机构的微小气动机器人内窥镜诊疗系统。描述了微机器人系统的本体结构和运动机理,并通过分析机器人系统的驱动力学特性和机器人的移动控制特性,给出了基于模糊自适应PID的气压-位置伺服控制方法,计算机仿真实验结果表明基于模糊自适应PID算法可实现机器人系统的有效控制。     

一种新型管道内微机器人的研究

本文描述了一种微管道机器人的结构与控制,分析 了这种微管道机器人的移动原理,该机器人借用仿生学原理,结构独特、简单、新颖,运行 速度快,能方便地实现前进和后退,可以在各种形状的弯管内运行．具有自学习功能,实现 了智能控制．该机器人的直径为8mm,最小长度为16mm,最高运动速度为40mm/s,牵引力大于 0.5N．该机器人可用于核电站航天飞机等其他特殊领域的微小型管道的检查,维护．     

电站智能无线巡检移动机器人系统设计

针对电站中电力系统环境复杂的问题,设计了一种基于改进的OpenWrt系统和Android系统的电站智能无线巡检机器人。该系统以无线嵌入式处理器AR9331和基于Cortex-M3的ARM处理器STM32为双处理器核心,并在无线处理器上运行改进的OpenWrt操作系统,实现无线路由功能,同时引进一种新型的MJPEG压缩算法。实现了Android智能手机对巡检机器人的无线控制、视频实时采集与显示。经设计研发和现场测试,系统可运行在电站狭小、阴暗等复杂环境中,完成无线巡检任务,具有良好的稳定性和灵活性。     

小机车新型试验电源自适应模糊PID控制系统仿真研究

针对小机车传统试验电源系统存在的电压稳定性能差、响应速度慢的问题,提出了一种自适应模糊PID控制的小机车新型试验电源系统。对自适应模糊PID控制器的设计和建模,以及仿真的效果进行了详细的阐述,并进行了系统的鲁棒性分析。同时还将自适应模糊PID控制和传统PID控制进行了对比研究,证明了自适应模糊PID控制的小机车试验电源系统有电压稳定性能好、响应速度快的良好电气特性。     

基于LoRa无线通信的工业机器人远程监控系统设计

目前设计的工业机器人远程监控系统存在抗干扰能力差、功耗过高的问题。基于LoRa无线通信设计了一种新的工业机器人远程监控系统,系统硬件主要设计了主控芯片、工业机器人接口、电源电路和位移传感器四部分。主控芯片为SX1265/7/8型号射频芯片,选用STM32F1103C8T6型号MCU主控芯片作为LoRa无线通信的组网处理硬件,根据MCU主控芯片性能建立信号链,采用SPI接口使SX1276无线收发装置和单片机设备的接口关联,利用锂电池作为电源电路,通过AME8800AEETL稳压芯片稳定锂电池电源电压,使用WXY31拉线式位移传感器实现传感。引入LoRa无线通信技术,建立LoRa无线通信信号储存时序,接收采集平台下发监控指令,更新显示屏上的机器人工作状态,实现远程监控软件操作。实验结果表明,设计的基于LoRa无线通信的工业机器人远程监控系统抗干扰能力得到有效加强,功耗明显降低。     

微小气动机器人的移动控制

根据仿生尺蠖运动机理研制了一种用于人体腔道微创诊查的气动微机器人系统。该机器人系统由前支撑单元、后支撑单元和具有3个气室的橡胶驱动器三部分组成。设计了控制机器人移动的计算机电-气控制系统,通过控制该电-气系统的继电器和高速开关电磁阀来控制机器人系统的钳位气囊和驱动器气室内的气压。通过分析一个运动周期内机器人的运动状态,给出了机器人移动的控制算法,使机器人前、后支撑单元的气囊和驱动器的气室实现有规律的充气、保持及放气3种状态,从而实现有规律的运动。研究结果表明所设计的机器人具有仿生尺蠖移动机理的柔性结构,通过所设计的电-气控制系统可实现机器人的自动移动。     

Development of a compact displacement accumulation actuator device for both large force and large displacement

The design, fabrication, and testing of a compact displacement accumulation device is presented in this paper. The piezoelectric device provides both large displacement (mm) and large force (100 N). The device is based on conventional inchworm motor design that produces large displacement. The device integrates piezoelectric stacks for large force output and high-speed operation with MEMS ridges as a new clamping system. The device should be able to push and pull 450 N at 11 mm/s in a relatively compact size. FEM analysis is used for the design, EDM is used for the fabrication of a prototype, and conventional test techniques are used to evaluate performance. Stress and modal analysis are used to confirm that the device has an infinite fatigue life and a first modal frequency at 1309 Hz. Experimental data for clamping strength of the ridges and blocking force of the device validate that the device transfers the required load of 450 N. The device is successfully tested over a wide range of operating conditions at speeds up to 11 mm/s using open loop control. The stall load of the device is measured to be exceeding 2250 N. For the dynamic loading test, the device pushes test weights up to 50 N with the open loop control approach.     

基于自组网的机车近距离无线重联控制系统研究

为了提高机车近距离无线重联控制系统的冗余性和抗干扰性,文章基于自组网技术设计了一套机车近距离无线重联控制系统,其通过建立无线通道传输WTB总线数据、关键硬线信号及语音信号,实现了多台机车同步控制运行.该系统利用自组网技术自愈合的特点,可以在不增加设备的前提下,进一步提高机车近距离无线重联控制系统的冗余性;同时通过自动跳...     

无缆微型游动机器人驱动磁场系统的研究

提出了一种基于组合线圈结构的磁场系统驱动实验方案,以实现基于磁致伸缩薄膜驱动器的泳动微型机器人的磁控驱动与游动实验参数的检测．首先介绍了该组合线圈的功率优化与设计方法,然后分析了保证一定区域内磁场均匀性的技术方案,最后用ANSYS软件对所设计的组合线圈进行了仿真和验证．实验结果表明该组合结构磁场系统的性能可以满足无缆微型机器人的磁控驱动的设计要求．