本文選題：IPMC　切入點：膠囊機器人　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)動電壓低,形變位移大,質(zhì)量輕,柔性好,響應(yīng)迅速等優(yōu)點。其優(yōu)異的電致動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。本文針對目前臨床上商用膠囊內(nèi)窺鏡無法實現(xiàn)主動控制的缺陷,設(shè)計一種IPMC驅(qū)動的膠囊機器人,研究基于IPMC驅(qū)動膠囊機器人推進性能的影響因素并進行優(yōu)化,提升膠囊機器人IPMC驅(qū)動的穩(wěn)定性和推進性能。研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:(1)按照標(biāo)準(zhǔn)工藝通過化學(xué)鍍的方法制備膠囊機器人所需的IPMC驅(qū)動材料;為膠囊機器人推進性能優(yōu)化實驗提供所需的控制信號。(2)對膠囊機器人進行功能規(guī)劃,主要實現(xiàn)膠囊機器人在人體內(nèi)的主動鉗位和主動驅(qū)動功能。對膠囊機器人整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計并采用激光3D打印加工。針對膠囊機器人尾部IPMC驅(qū)動進行仿生設(shè)計,并在單尾鰭推進模式的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化,提出雙尾鰭推進模式的膠囊機器人。(3)對膠囊機器人進行驅(qū)動測試,分析膠囊機器人推進性能的影響因素并進行優(yōu)化。實驗表明,雙尾鰭結(jié)構(gòu)膠囊機器人最大游動速度可達到15 mm/s。搭建測試平臺在模擬腸道環(huán)境下實現(xiàn)膠囊機器人的主動驅(qū)動和主動鉗位功能。(4)使用三維力傳感器搭建推進力測試平臺,測量不同尾鰭結(jié)構(gòu)下膠囊機器人的推進力,并用ANSYS FLUENT進行流體動力學(xué)仿真。研究結(jié)果表明,相對于單尾鰭結(jié)構(gòu)膠囊,雙尾鰭結(jié)構(gòu)膠囊速度提升約25%-30%,推進力提升約40%-50%。雙尾鰭結(jié)構(gòu)膠囊機器人克服了單尾鰭推進存在的側(cè)向擺動問題,保證了膠囊機器人運動時的穩(wěn)定性,提高了推進速度與推進力,有利于膠囊在人體內(nèi)的主動控制和醫(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1730344