医用微型机器人蠕动肠道中的驱动力计算及实验研究

提出了一种新型的可进入人体内腔和微型机器人驱动机构。此种微型机器人能够在充满液体的弯曲的人体肠道内运行。当机器人在充满液体的微型管道内运行时，在其周围会自动形成一层液体动压润滑膜，此润滑膜能避免机器人与管道壁发生直接接触。结合人体肠道的蠕动方程和N－S方程利用有限元分析计算了此种微型机器人在蠕动肠道中的驱动力和运行速度，进行了机器人的运行实验，结果表明，机器人能以较快速度在肠道内悬浮运行。     

新型肠道机器人螺旋槽优化研究

提出了一种结构简单的新型肠道机器人的驱动机构,并建立了肠道机器人在人体肠道中运行的数学模型.采用有限差分法分析了肠道机器人螺旋槽参数对机器人动压粘液膜承载量、轴向摩擦牵引力和周向摩擦阻力的影响,从而获得了一组相对最优化的螺旋槽参数.     

新型内窥镜机器人动力学建模和特性参数优化

针对人体内腔粘液为非牛顿流体的特点,推导了非牛顿流体的变形雷诺方程,建立了螺旋内窥镜机器人在人体内腔中运动的数学模型.采用有限差分法分析了内窥镜机器人各特性参数对机器人形成的最小粘液膜厚度和轴向牵引力的影响,从而获得当需要较厚的粘液膜厚度和较大的轴向驱动力时最优的机器人特性参数,进一步为机器人更好地以较厚的粘液膜厚度和较快的速度悬浮式运行创造条件.内窥镜机器人的运行速度实验证明了此理论分析模型的正确性.     

新型肠道机器人动力学建模和参数优化研究

针对人体肠道粘液为非牛顿流体的特点,推导了非牛顿流体的变形雷诺方程,建立了肠道机器人在人体肠道中运动的数学模型。采用有限差分法分析了肠道机器人螺旋槽参数对机器人动压粘液膜承载量、轴向摩擦牵引力和周向摩擦阻力的影响,从而获得了一组相对最优的机器人螺旋槽参数,使得肠道机器人可获得较大的动压粘液膜承载量和轴向摩擦牵引力,同时减小了其周向摩擦阻力。     

新型内窥镜机器人结构优化设计研究

研究了一种结构简单的新型内窥镜机器人驱动机构,并建立了内窥镜机器人在人体内腔中运动的数学模型.采用有限差分法分析了内窥镜机器人结构特性参数对机器人的最小粘液膜厚度和轴向摩擦牵引力的影响,从而获得当需要较厚的粘液膜厚度和较大的轴向摩擦驱动力时最优的机器人结构特性参数,为机器人更好地以较厚的粘液膜厚度和较快的速度悬浮式运行创造条件.内窥镜机器人的运行速度试验证明了此理论分析模型的正确性.     

一种新型的微型机器人

提出了一种新型的微型机器人的驱动机构。此种微型机器人能够在充满液体的弯曲的微型管道内运行。当它在充满液体的微型管道内运行时 ,在它的周围会自动形成一层液体动压润滑膜 ,此润滑膜能避免它与管道壁发生直接接触。详细分析计算和试验研究了此种微型机器人在具有不同半径、不同粘度液体的管道内运行时的速度和形成的液体动压润滑膜厚度。结果表明 ,此种微型机器人能以较快速度在管内悬浮运行。此种微型机器人特别适用于进入人体内腔和血管     

医用微型机器人的体内运行实验研究

提出了一种新型的医用微型机器人的驱动机构，设计建造了模拟实验台，它利用螺旋旋转时产生的轴向牵引力推进机器人在人体内腔中运行，现时利用螺旋旋转时产生的动压效应建立起动压润滑粘液膜，使机器人在体内运行时不与内腔壁发生直接接触，避免对人体有机组织的损伤，实验研究结果表明：此种医用微型机器人在管内运行时可以形成足够厚的粘液膜把机器人与管壁隔开，实现以较快速度的悬浮运行。     

医用微型机器人在三角形螺纹下的理论研究

针对无损伤医用微型机器人，在采用三角形螺纹下，理论分析研究了各螺纹参数对该微型机器人，轴向摩擦牵引力和粘液膜承载能力的影响，为使医用微型机器人更好地以较快的速度实现悬浮式运行创造条件。     

一种新型仿蜗牛微机器人的研究

介绍一种采用直线电机为驱动器的新型仿蜗牛蠕动的微机器人的运动原理和驱动机构。该微型机器人由两个阶梯型平板机体和一个直线驱动器组成，运动原理与蜗牛的爬行原理相似，实验表明，微型机器人的前进速度随着直线驱动器速度、粘液粘度的增大而增大；微型机器人可以在很少粘液，也可以完全浸没在粘液中正常而有效地工作。     

多楔形效应胶囊机器人花瓣廓形优化

提出一种花瓣型胶囊机器人,表面偏心花瓣廓形与管壁形成四个收敛楔形空间,使流体运动路径发生改变并产生多楔形效应。建立满足机器人外螺旋肋表面边界条件的流体雷诺差分控制方程和机器人流体动力平衡方程,以游动速度为目标函数,通过遗传算法对花瓣廓形进行优化,流体动压特性和游动速度特性研究结果表明:在一定间隙范围内,优化花瓣廓形机器人表面流体动压力和游动速度均增大,提高了肠道内驱动性能与安全性,该机器人结构简单,非结构化环境适应能力强,可望提高肠道内的窥视与施药等医疗作业效率。     

不同螺旋下医用微型机器人驱动机构的研究

提出了一种结构简单的医用微型机器人的驱动机构 ;此种医用微型机器人能够在人体内腔中运行 ,同时利用动压效应在其周围建立起动压润滑粘液膜 ,使机器人在人体内运行时不与内腔壁发生直接接触 ,避免了对人体有机组织的损伤。医用机器人的驱动机构可采用矩形或锯齿形圆柱螺旋。详细分析计算并对比了两种螺旋下其运动特性参数的优劣 ,并优化设计了医用机器人的各结构参数     

不同螺纹下微型机器人的无损伤驱动方法

研究一种利用螺旋旋转产生牵引力的微型机器人驱动机构。详细分析计算了微型机器人在采用矩形和梯形圆柱螺旋时的轴向摩擦牵引力和最小粘液膜厚度。通过对比两种螺纹下微型机器人的运动特性参数，得到了微型机器人的优化结构参数。     

运行环境特性对螺旋内窥镜机器人性能的影响

在研究双圆柱螺旋内窥镜机器人的基础上，本文提出了单圆柱螺旋内窥镜机器人设计方案。建立了螺旋内窥镜机器人非线性仿真分析模型。利用该模型，分析研究环境管壁弹性模量、管道直径、环境黏液黏度对机器人轴向牵引力以及形成的最小黏液膜厚度的影响。实验研究了环境管道几何特性对机器人平均运动速度的影响，为螺旋驱动器在血管机器人中的应用提供了重要的基础数据。     

医用内窥镜系统体内驱动方式的研究

提出了一种新型的医用内窥镜系统的体内驱动方式和相应的驱动机构。此方式利用螺旋旋转时产生的牵引力推动医用内窥镜系统在人体内腔中运行，同时利用螺旋旋转时产生的动压效应建立起动压润滑粘液膜，使医用内窥镜系统在体内运行时不与内腔壁发生直接接触。避免对人体有机组织产生损伤。详细分析计算了用此方法驱动的医用内窥镜系统在不同半径、不同粘度粘液和不同弹性模量的内腔中的轴向运行速度和形成的粘液膜厚度，结果表明，用此方法驱动的医用内窥镜系统在人体内腔中运行时可以形成足够厚的粘液膜把医用内窥镜系统与内腔壁隔开，实现以较快速度的悬浮运行。上述分析结果已被实验研究所证实。     

医用微型机器人螺纹参数的研究

研究了一种利用螺旋旋转时产生牵引力的医用微型机器人的驱动机构。详细分析计算了医用微型机器人在采用不同形状螺纹下螺旋时所产生的轴向摩擦牵引力和动压粘液膜承载量。通过对比不同形状螺纹下医用微型机器人运动特性参数的优劣,得出了医用微型机器人最为合适的螺纹参数。     

一种基于SMA的微小型蠕动机器人

介绍了一种SMA驱动的微型轮式蠕动机器人的结构和控制系统。它采用轮式移动结构，打破近年来微小型机器人多采用腿式结构的传统。重点分析了并联式SMA驱动器和轮式移动机构的设计。微型机器人采用并联式SMA驱动器仿生蠕动输出力和位移，刚／弹耦合机构显著增大了微型机器人的前进步距，车轮逆向锁定机构控制了运动方向，确保了车轮滚动前进，实现了较高速度的运动。     

Modeling of Velocity-dependent Frictional Resistance of a Capsule Robot Inside an Intestine

A model is first built for predicting the velocity-dependent frictional resistance of a capsule robot that moves inside the intestine in the paper. The capsule robot plays a more and more important role in checking diseases in the intestine. This study aims to optimize the locomotion mechanism and the control strategy of the capsule robot. The model consists of three parts: environmental resistance, viscous friction, and Coulomb friction. Environmental resistance is induced by the stress due to the viscoelastic deformation of the intestinal wall. Viscous friction is analyzed according to the apparent viscosity of intestinal mucus. Coulomb friction is a product of the local contact pressure and the Coulomb friction coefficient. In order to analyze the effects of the intestinal deformation, a five-element model is used to describe the stress relaxation of the intestinal material. Experimental investigation is used to identify the model parameters with homemade physical simulation measurement system and fixtures. Finally, the model??s validity is verified by experimental results. It is shown that the model predicting results can fit the experimental results well when the moving velocity of the capsule is lower than 20?mm/s. The R ² of these two sets of data is 0.8769. But at a higher velocity, there are significant differences between the two results and the R ² declines to 0.1666. The friction model is expected to be useful in the development of the medical equipment in the intestine and the study of biomechanics of the intestine.     

Analytical model development for the prediction of the frictional resistance of a capsule endoscope inside an intestine

For the purpose of optimizing the design of the locomotion mechanism as well as the body shape of a self-propelled capsule endoscope, an analytical model for the prediction of frictional resistance of the capsule moving inside the small intestine was first developed. The model was developed by considering the contact geometry and viscoelasticity of the intestine, based on the experimental investigations on the material properties of the intestine and the friction of the capsule inside the small intestine. In order to verify the model and to investigate the distributions of various stress components applied to the capsule, finite element (FE) analyses were carried out. The comparison of the frictional resistance between the predicted and the experimental values suggested that the proposed model could predict the frictional force of the capsule with reasonable accuracy. Also, the FE analysis results of various stress components revealed the stress relaxation of the intestine and explained that such stress relaxation characteristics of the intestine resulted in lower frictional force as the speed of the capsule decreased. These results suggested that the frontal shape of the capsule was critical to the design of the capsule with desired frictional performance. It was shown that the proposed model can provide quantitative estimation of the frictional resistance of the capsule under various moving conditions inside the intestine. The model is expected to be useful in the design optimization of the capsule locomotion inside the intestine.