本文選題：腸道機(jī)器人　切入點(diǎn)：擴(kuò)張機(jī)構(gòu)　出處：《光學(xué)精密工程》2017年07期

【摘要】：為了滿足腸道機(jī)器人在腸道中運(yùn)動和駐留的要求,設(shè)計(jì)了一種大變徑比的新型擴(kuò)張機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)通過采用雙層疊腿式設(shè)計(jì),增大了與腸道的接觸面積,最大擴(kuò)張半徑達(dá)到24.5mm,變徑比增加到3.27。為了進(jìn)一步研究該擴(kuò)張機(jī)構(gòu)的性能,建立了擴(kuò)張臂的數(shù)學(xué)模型,對擴(kuò)張臂的力學(xué)與運(yùn)動學(xué)特性進(jìn)行了理論分析。然后通過有限元分析,對擴(kuò)張臂運(yùn)動過程進(jìn)行了動力學(xué)仿真,研究了不同擴(kuò)張半徑下,擴(kuò)張臂的應(yīng)力分布和變化趨勢,基于有限元分析結(jié)果,對擴(kuò)張臂進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化后的等效應(yīng)力最大值比優(yōu)化前減小了12.89%。之后通過ADAMS對擴(kuò)張臂進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真,以驗(yàn)證其運(yùn)動學(xué)模型的準(zhǔn)確性。最后搭建了力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)臺,對其擴(kuò)張力進(jìn)行了測試,以驗(yàn)證其力學(xué)模型的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:實(shí)驗(yàn)值與理論值的變化趨勢基本一致,而且實(shí)驗(yàn)值小于理論值;機(jī)構(gòu)擴(kuò)張初始階段誤差較大,擴(kuò)張半徑為7.5 mm時(shí),實(shí)驗(yàn)值僅為理論值的14.30%;之后誤差急劇減小并趨于穩(wěn)定,擴(kuò)張半徑為10~23mm時(shí),實(shí)驗(yàn)值平均為理論值的73.64%;擴(kuò)張臂1、2、3的實(shí)際擴(kuò)張半徑分別為24.5、24和23mm。結(jié)果顯示本文設(shè)計(jì)的腸道擴(kuò)張機(jī)構(gòu)基本滿足腸道安全性和大變徑比的設(shè)計(jì)要求,而且結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果明顯。
[Abstract]:In order to meet the requirements of intestinal robot moving and staying in the intestine, a new expansion mechanism with large ratio of variable diameter to diameter is designed.The double leg design is used to increase the contact area with the intestinal tract. The maximum expansion radius is up to 24.5 mm and the ratio of variable diameter to diameter is increased to 3.27 mm.In order to further study the performance of the expansion mechanism, the mathematical model of the expansion arm is established, and the mechanical and kinematic characteristics of the expanding arm are theoretically analyzed.Then through finite element analysis, the dynamic simulation of the expansion arm motion process is carried out, and the stress distribution and variation trend of the expansion arm under different expansion radius are studied. Based on the results of finite element analysis, the expansion arm is optimized.The maximum equivalent stress after optimization is 12.89 less than that before optimization.Then the kinematics simulation of the expanded arm is carried out by ADAMS to verify the accuracy of its kinematics model.Finally, the mechanical properties test bench was built, and the expansion force was tested to verify the accuracy of the mechanical model.The experimental results show that the experimental value is basically consistent with the theoretical value, and the experimental value is smaller than the theoretical value, and the error in the initial expansion stage of the mechanism is large, and the expansion radius is 7.5 mm.The experimental value is only 14.30 of the theoretical value, and then the error decreases sharply and tends to stabilize. When the expansion radius is 10~23mm, the average experimental value is 73.64 of the theoretical value, and the actual expansion radius of the expanded arm is 24.524 and 23mm.The results show that the intestinal expansion mechanism designed in this paper basically meets the design requirements of intestinal safety and large variable diameter ratio, and the effect of structure optimization is obvious.
【作者單位】： 上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.61673271,No.81601631) 上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研計(jì)劃項(xiàng)目(No.14441902800,No.15441903100)
【分類號】：TH776;TP242

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本文編號：1699619