本文選題：IPMC　切入點(diǎn)：膠囊機(jī)器人　出處：《南京航空航天大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：IPMC(Ionic Polymer Metal Composites)是一種新型智能材料,具有驅(qū)動(dòng)電壓低,形變位移大,質(zhì)量輕,柔性好,響應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。其優(yōu)異的電致動(dòng)特性和良好的生物相容性使其在仿生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益得到重視。本文針對(duì)目前臨床上商用膠囊內(nèi)窺鏡無法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制的缺陷,設(shè)計(jì)一種IPMC驅(qū)動(dòng)的膠囊機(jī)器人,研究基于IPMC驅(qū)動(dòng)膠囊機(jī)器人推進(jìn)性能的影響因素并進(jìn)行優(yōu)化,提升膠囊機(jī)器人IPMC驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性和推進(jìn)性能。研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:(1)按照標(biāo)準(zhǔn)工藝通過化學(xué)鍍的方法制備膠囊機(jī)器人所需的IPMC驅(qū)動(dòng)材料;為膠囊機(jī)器人推進(jìn)性能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)提供所需的控制信號(hào)。(2)對(duì)膠囊機(jī)器人進(jìn)行功能規(guī)劃,主要實(shí)現(xiàn)膠囊機(jī)器人在人體內(nèi)的主動(dòng)鉗位和主動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能。對(duì)膠囊機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并采用激光3D打印加工。針對(duì)膠囊機(jī)器人尾部IPMC驅(qū)動(dòng)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì),并在單尾鰭推進(jìn)模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化,提出雙尾鰭推進(jìn)模式的膠囊機(jī)器人。(3)對(duì)膠囊機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動(dòng)測(cè)試,分析膠囊機(jī)器人推進(jìn)性能的影響因素并進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明,雙尾鰭結(jié)構(gòu)膠囊機(jī)器人最大游動(dòng)速度可達(dá)到15 mm/s。搭建測(cè)試平臺(tái)在模擬腸道環(huán)境下實(shí)現(xiàn)膠囊機(jī)器人的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)和主動(dòng)鉗位功能。(4)使用三維力傳感器搭建推進(jìn)力測(cè)試平臺(tái),測(cè)量不同尾鰭結(jié)構(gòu)下膠囊機(jī)器人的推進(jìn)力,并用ANSYS FLUENT進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)仿真。研究結(jié)果表明,相對(duì)于單尾鰭結(jié)構(gòu)膠囊,雙尾鰭結(jié)構(gòu)膠囊速度提升約25%-30%,推進(jìn)力提升約40%-50%。雙尾鰭結(jié)構(gòu)膠囊機(jī)器人克服了單尾鰭推進(jìn)存在的側(cè)向擺動(dòng)問題,保證了膠囊機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性,提高了推進(jìn)速度與推進(jìn)力,有利于膠囊在人體內(nèi)的主動(dòng)控制和醫(yī)療作業(yè)。
[Abstract]:IPMC(Ionic Polymer Metal composer is a new type of intelligent material, which has the advantages of low driving voltage, large deformation displacement, light weight, good flexibility and rapid response.Due to its excellent electrokinetic properties and good biocompatibility, its application in biomimetic medicine has been paid more and more attention.In this paper, a capsule robot driven by IPMC is designed, which is unable to realize active control by commercial capsule endoscope in clinic. The factors affecting the propulsion performance of capsule robot driven by IPMC are studied and optimized.Improve the stability and propulsion performance of capsule robot IPMC drive.The main contents of the research include the following aspects: 1) the IPMC driving material for the capsule robot is prepared by electroless plating according to the standard process.In order to provide the necessary control signal for the optimization experiment of the propulsion performance of the capsule robot, the function planning of the capsule robot is carried out, which mainly realizes the active clamping and the active driving function of the capsule robot in the human body.The whole structure of capsule robot was designed and processed by laser 3D printing.Aiming at the bionic design of the tail IPMC drive of the capsule robot, and based on the optimization of the single caudal fin propulsion mode, a capsule robot with double caudal fin propulsion mode is proposed to carry out the driving test of the capsule robot.The factors affecting the propulsion performance of capsule robot were analyzed and optimized.The experimental results show that the maximum swimming speed of the capsule robot with double caudal fin structure can reach 15 mm / s.The active driving and active clamping function of capsule robot is realized under simulated intestinal environment. (4) Three-dimensional force sensor is used to build propulsion force test platform to measure the propulsion force of capsule robot under different caudal fin structure.The hydrodynamic simulation is carried out with ANSYS FLUENT.The results show that compared with single caudal fin structure capsule, the speed of double caudal fin structure capsule is increased by 25 to 30 percent, and the propelling force is increased by about 40 to 50 percent.The double caudal fin structure capsule robot overcomes the lateral swing problem of single caudal fin propulsion, ensures the stability of the capsule robot in motion, improves the propulsion speed and propulsion force, and is beneficial to the active control and medical treatment of the capsule in the human body.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李燕;陳淑珍;;膠囊內(nèi)窺鏡的國(guó)內(nèi)高校專利分析[J];中國(guó)醫(yī)療器械信息;2014年06期

2 馮靜安;晁貫良;王衛(wèi)兵;牛建文;邱艷軍;;基于Fluent的仿生機(jī)器魚胸鰭擺動(dòng)模型仿真分析[J];機(jī)床與液壓;2014年09期

3 孟凡豪;嚴(yán)天宏;何波;徐新勝;;水下滑翔器整體外形設(shè)計(jì)及水動(dòng)力性能分析[J];海洋工程;2014年02期

4 孫聚杰;;3D打印材料及研究熱點(diǎn)[J];絲網(wǎng)印刷;2013年12期

5 陳雯雯;顏國(guó)正;賀術(shù);柯全;;膠囊內(nèi)窺鏡在腸道中的鉗位[J];光學(xué)精密工程;2013年06期

6 金通;劉泰然;秦豐華;楊基明;;柔性雙尾鰭效率的測(cè)量和優(yōu)化[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2013年01期

7 金開興;;利用AVR單片機(jī)的TWI接口實(shí)現(xiàn)I2C通信[J];科技信息;2010年33期

8 蘇玉東;葉秀芬;郭書祥;;基于IPMC驅(qū)動(dòng)的自主微型機(jī)器魚[J];機(jī)器人;2010年02期

9 張永順;姜生元;張學(xué)文;于宏海;王殿龍;郭東明;;腸道內(nèi)可變直徑膠囊機(jī)器人的動(dòng)態(tài)特性[J];科學(xué)通報(bào);2009年16期

10 張永順;于宏海;阮曉燕;王楠;郭東明;;新型腸道膠囊式微型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2009年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 張曦;仿魚類擺動(dòng)尾鰭推進(jìn)系統(tǒng)的水動(dòng)力研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

2 楊亮;仿金槍魚擺動(dòng)尾鰭的水動(dòng)力性能與推進(jìn)機(jī)理研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

3 郭春釗;基于魚體肌肉模型的虛擬仿魚機(jī)器人優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 付碧波;仿生尾鰭推進(jìn)機(jī)理分析與減阻研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

2 張夢(mèng);膠囊機(jī)器人的IPMC驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[D];南京航空航天大學(xué);2015年

3 張龍;流體驅(qū)動(dòng)的微管道機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)[D];燕山大學(xué);2013年

4 王俊平;IPMC電致動(dòng)器的制備技術(shù)及其性能研究[D];南昌航空大學(xué);2012年

5 胡程志;微型膠囊內(nèi)窺鏡電磁驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與主動(dòng)控制研究[D];華中科技大學(xué);2010年

6 高寶豐;基于ICPF的八足水下步行仿生微機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

7 沈輝;人工肌肉（IPMC）的性能研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

，

本文編號(hào)：1730344