發(fā)布時間：2017-07-01 22:00

  本文關(guān)鍵詞：膠囊內(nèi)窺鏡驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著機械電子與生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，醫(yī)療器械向更科技化、微型化、人性化的方向發(fā)展。以色列Given Image公司于2000年首先開發(fā)無線膠囊內(nèi)窺鏡成功，并應(yīng)用于臨床，克服了傳統(tǒng)的纜線式方法存在不能實現(xiàn)完整的小腸檢查和損傷內(nèi)腔組織等不足，并且避免了內(nèi)窺鏡檢查給病人帶來的巨大痛苦。但這種膠囊內(nèi)窺鏡只能利用消化道自然蠕動來遍歷整個檢查區(qū)域，這個過程緩慢而不可控。為實現(xiàn)無線膠囊內(nèi)窺鏡的功能擴展，必須在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加入安全有效的驅(qū)動控制。在國內(nèi)外，膠囊內(nèi)窺鏡的主動驅(qū)動與姿態(tài)調(diào)整控制研究剛剛起步，許多院校和研究機構(gòu)提出了各種驅(qū)動原理的腸道微型機器人，但至今還沒有一種驅(qū)動方式是有效應(yīng)用于臨床的。 考慮到胃腸道里是充滿褶皺和流固混合物的特殊環(huán)境，通過旋轉(zhuǎn)螺桿進行驅(qū)動這一方案值得進一步的設(shè)計與分析研究。結(jié)合實際要求的安全性和可行性，進行了驅(qū)動機構(gòu)及其配套設(shè)計，和不同參數(shù)樣機的加工。同時，提出了螺桿推進膠囊內(nèi)窺鏡較為安全可靠的工作策略。通過螺旋推進驅(qū)動方案的進一步探索，促進其走向臨床應(yīng)用。 螺桿驅(qū)動的數(shù)學(xué)建模，前人的工作僅停留在基于動壓粘液膜理論的分析，而沒有考慮其與壁面不可避免的接觸情況。本文不僅應(yīng)用流體動壓理論建立一維模型和利用有限差分法求解二維模型，得出膠囊內(nèi)窺鏡的各種設(shè)計參數(shù)及環(huán)境影響參數(shù)與螺桿周圍的壓力分布、膠囊內(nèi)窺鏡的驅(qū)動力、周向摩擦阻力矩和前進速度之間的關(guān)系曲線和規(guī)律，為螺桿的優(yōu)化設(shè)計指明方向。而且，考慮到腸道環(huán)境的復(fù)雜性，分析了當(dāng)螺桿與內(nèi)壁面直接接觸的模型，，并引入一加權(quán)值對這兩種作用進行綜合得到更加完整的驅(qū)動力模型。而由于螺桿的尺寸短，形似螺旋槳，引入了螺旋槳理論對螺桿軸向推進力和摩擦阻力矩進行了分析。 在實驗研究上，螺桿推進的膠囊內(nèi)窺鏡在灌滿水的軟水管中，平均速度可達60mm/s，大大快于現(xiàn)有的帶驅(qū)動機構(gòu)的膠囊內(nèi)窺鏡的移動速度。而在推進力測量定量對比分析實驗中，有別于以往螺桿推進研究者的推力測量實驗，本文直接測量螺桿作用在膠囊內(nèi)窺鏡的推力，更加直接和接近實際工作時的情況，測得的數(shù)據(jù)更加科學(xué)和符合實際，具有更強的說服力。
【關(guān)鍵詞】：膠囊內(nèi)窺鏡 主動驅(qū)動 膠囊機器人 螺桿推進 驅(qū)動機構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH789
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 主要符號表11-14
• 第一章 緒論14-34
• 1.1 研究背景、目的和意義14-15
• 1.2 腸胃道生理基礎(chǔ)15-17
• 1.3 傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡17
• 1.4 膠囊內(nèi)窺鏡17-20
• 1.4.1 膠囊內(nèi)窺鏡產(chǎn)品18
• 1.4.2 膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)組成18-19
• 1.4.3 膠囊內(nèi)窺鏡優(yōu)缺點19-20
• 1.5 雙氣囊內(nèi)窺鏡20-21
• 1.6 理想的膠囊式內(nèi)窺鏡機器人21
• 1.7 主動膠囊內(nèi)窺鏡國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-32
• 1.7.1 磁場驅(qū)動21-26
• 1.7.2 形狀記憶合金驅(qū)動26-27
• 1.7.3 氣壓驅(qū)動內(nèi)窺鏡機器人27-28
• 1.7.4 壓電驅(qū)動28-29
• 1.7.5 螺旋槳推進29
• 1.7.6 螺旋推進29-30
• 1.7.7 多足爬行30-31
• 1.7.8 游動機器人31-32
• 1.8 膠囊內(nèi)窺鏡發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)32
• 1.9 本文的研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)32-34
• 第二章 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計34-41
• 2.1 工作原理34
• 2.2 總體設(shè)計34-35
• 2.3 螺桿35
• 2.4 驅(qū)動器35-36
• 2.5 柔性聯(lián)軸器36
• 2.6 鰭36-38
• 2.7 密封38
• 2.8 驅(qū)動控制38
• 2.9 圖像模塊38-39
• 2.10 樣機39
• 2.11 工作策略39-40
• 2.12 本章小結(jié)40-41
• 第三章 螺桿驅(qū)動模型41-89
• 3.1 流體動壓作用力分析41-82
• 3.1.1 相關(guān)研究42
• 3.1.2 雷諾方程的推導(dǎo)42-47
• 3.1.3 模型基本參數(shù)47-49
• 3.1.4 粘液膜形成機理及厚度計算49-54
• 3.1.5 一維模型54-59
• 3.1.6 一維模型計算結(jié)果與分析59-63
• 3.1.7 一維模型創(chuàng)新點63
• 3.1.8 二維模型63-74
• 3.1.9 二維模型計算結(jié)果與分析74-80
• 3.1.10 二維模型小結(jié)80
• 3.1.11 誤差討論80-81
• 3.1.12 小結(jié)81-82
• 3.2 固體作用力分析82-84
• 3.3 總的軸向推進力與周向摩擦阻力矩84-85
• 3.4 螺旋槳理論模型85-86
• 3.5 膠囊內(nèi)窺鏡整體受力模型86-87
• 3.6 本章小結(jié)87-89
• 第四章 實驗與數(shù)據(jù)分析89-110
• 4.1 推進力定性實驗89-91
• 4.1.1 在水與硅油中的實驗89-90
• 4.1.2 在其它混合液的實驗90-91
• 4.2 推進力測量及對比實驗91-100
• 4.2.1 測驗平臺構(gòu)成91-95
• 4.2.2 實驗原理95-98
• 4.2.3 實驗過程98-100
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)分析100-108
• 4.3.1 不同管徑對推進力和周向摩擦阻力矩的影響101-102
• 4.3.2 槽深對推進力和周向摩擦阻力矩的影響102-104
• 4.3.3 螺桿長度對推進力和周向摩擦阻力矩的影響104-105
• 4.3.4 螺旋升角對推進力和周向摩擦阻力矩的影響105-106
• 4.3.5 不同粘度對推進力和周向摩擦阻力矩的影響106
• 4.3.6 偏心率對推進力和周向摩擦阻力矩的影響106-107
• 4.3.7 一種奇特的現(xiàn)象107-108
• 4.4 爬坡實驗108-109
• 4.5 本章小結(jié)109-110
• 結(jié)論110-112
• 1. 主要工作和結(jié)論110-111
• 2. 創(chuàng)新點111
• 3. 展望111-112
• 參考文獻112-119
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果119-120
• 致謝120-121
• 附件121

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：膠囊內(nèi)窺鏡驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：507589