一种医用人体管道微机器人驱动方法的研究

摘要

制作微型机器人进入工业管道进行监测、维修,甚至人体进行诊断和治疗是微型机械研究努力的目标之一.人们一直积极探索微机器人在医疗方面的应用,迄今为止还没有一种简单的、便宜的、可靠的的驱动装置应用于临床,驱动方法是研究的热点和难点.该文在弹性啮合与摩擦耦合传动原理的基础上提出一种新的驱动方法—管道微机器人单轮直接驱动方法,该驱动方法在传动副的接触面之间采用一种弹性钩杆作力矩传递,两行弹性钩杆的相互搭扣作用,就可进行交叉轴无级变速传动,实现微机器人驱动.该文建立单轮传动的弹性啮合和摩擦耦合的力学模型,并进行传动力矩的构成和基本传动性能的理论分析.然后对传动结构的力学性能,包括传动力和平均正压力的关系,传动系数和平均正压力的关系,以及弹性钩杆的相对角度对传动性能的影响,以及传动结构的传动稳定性也做了试验研究和分析.试验结果表明:该传动结构产生的切向传动力可以大于传动副之间正压力,甚至在只有很小的正压力下,也能够传递很大的传动力.传动结构有传动速度波动现象,在传动副之间正压力约为0.N,传动系数约为2-3时,稳定性较好.在实践方面,该文利用单轮驱动方法研制了两套驱动器并进行驱动性能等试验,驱动器在柔软、润滑管道中具有一定的移动的能力、越障能力和负载能力.最后设计了一个模拟肠道蠕动试验台,并在该试验台及其它试验装置上对驱动器进行了相关的试验研究.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题来源

1.2本课题研究的背景和理论

1.3国内外研究现状

1.4医用管道微机器人的研究意义

1.5本文的架构和研究内容

第二章管道微机器人单轮直接驱动方法

2.1引言

2.1.1管道微机器人传动系统的设计要求

2.1.2各种传动方法的特点

2.2管道微机人单轮直接驱动方法

2.3单轮传动系统的力学性能分析

2.3.1弹性啮合受力分析

2.3.2最大啮合力计算

2.3.3摩擦力计算

2.3.4总传动力矩计算

2.3.5新型轮式传动的传动比、速度波动与空转

2.4本章小结

第三章管道微机器人新型传动结构试验研究

3.1引言

3.2传动试验台

3.3试验过程

3.4试验结果及讨论

3.5本章小结

第四章管道微机器人控制系统的设计

4.1引言

4.2微电机的选择

4.3控制系统及原理

4.3.1系统组成和工作原理

4.3.2遥控接收部分的电路设计

4.3.3直流电机调速系统基本原理

4.3.4电动机的控制接口

4.4软件设计

4.4.1主程序

4.4.2按键处理模块

4.4.3中断处理模块

4.4.4电机驱动模块和延时模块

4.5本章小结

第五章管道微机器人驱动器的设计

5.1管道微机器人驱动器的设计原理

5.2驱动器的结构和方案

5.2.1驱动器的结构和方案1

5.2.2驱动器的结构和方案2

5.3微机器人驱动器外壳设计

5.3.1材料选择

5.3.2受力分析

5.4驱动器的摩擦分析和设计

5.5驱动器运动性能试验研究

5.6结果与讨论

5.7本章小结

第六章肠道模拟试验台的设计

6.1引言

6.2肠胃道的结构特点

6.3模拟试验台的设计

6.4试验方案

6.5试验结果和讨论

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢