基于蚯蚓运动原理的微小机器人构件的运动特性 - 光学精密工程.PDFVIP

第 10卷 　第2 期 光学 　精密工程 Vol . 10 　No . 2 2 0 0 2 年 4 月 　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　Ap r . 　2 0 0 2 Optics and Precision Engineering ( ) 文章编号 　1004924X 2002 020 16005 基于蚯蚓运动原理的微小机器人构件的运动特性 迟冬祥 ,颜国正 (上海交通大学 电子信息学院 820 所 , 　上海 200030) 摘要 :介绍了一种基于蚯蚓运动原理的微小机器人内窥镜系统的原型 ,分析了单一构件活动件的运动特 性 ,并通过调整各个线圈的驱动波形可以有效地控制微小机器人的运动 。详细讨论了构件通电时间与 构件活动件的运动位移 、速度 、加速度的关系 , 由此确定了微小机器人驱动电压的最高频率 。可以通过 调整驱动电压的频率来调节微小机器人的运行速度 ;也可以通过减少构件的通电时间解决微小机器人 在运行过程中的发热问题 。这项研究为微小机器人内窥镜的实际应用奠定了基础 。 关 　键 　词 :微小机器人 ; 内窥镜 ;驱动机理 ;运动特性 中图分类号 : TP242 　　文献标识码 :A 分直径的变化而变化 ;其次 ,机器人可以适应肠道 1 　引　言 的柔软 、纤弱和粘滑 。在文献 [ 6 ] 中 , Krishnan S M 等人研制的用于内窥镜系统的微小机器人 由 　　微创治疗(M I T) 减轻了病人的痛苦 , 降低了 组合机制完成驱动和操纵 ,机器人尺寸为 30mm 治疗的费用 ,是外科诊断与手术发展的方向。作 ×40mm ×85mm 。其路径规划通过 图像和触觉 为微创治疗的一部分 , 内窥镜应用于疾病检查 、微 传感器参数的融合实现 。Ikeuchi K 等人提出了 创治疗等多个领域 , 由于其无创性和有效性 ,引起 以螺旋形棱纹圆柱体驱动的机理[7 ,11 ] 。在文献 了研究者的广泛关注 。现在 ,用于消化道的内窥 [ 8 ] 中 ,Peir s J 等人介绍了两种可集成到主动式内 镜仍是刚性或半刚性的 ,其远端动作由绳索及外 窥镜系统中的微机器人执行器 。这种内窥镜是基 部旋钮控制 。由于肌肉的皱折 、凹陷和弯曲,很难 于尺蠖运行原理的 ,它将被用于人体结肠的介入 做到将内窥镜插入肠道深处而又不形成肠道折叠 检查 。在上述的几种机器人内窥镜的研究中 , 以 和组织损伤 。所以,微小机器人内窥镜近几年来 形状记忆合金驱动和气流驱动方式为主 。由于人 得到迅速发展 。 体肠道内的温度较高且不能承受太高的温度 ,形 Ikut a 在 1988 年提出了以微小机器人代替传 状记忆合金的变形与回复温差必须较小 , 因而形 统内窥镜 的设想[ 1 ] 。他将 医用机器人 M ED I 状记忆合金驱动的速度较慢 。采用气流驱动方式 WORM 用于对大肠的检查 。机器人和微夹持器 的机器人外径不可能太小 ,而且靠扩张方式行走 由形状记忆合金驱动 。这种主动式内窥镜机器人 会引起患者的不适甚至痛苦[2 ] 。 原型的直径是 13mm ,长 2 15mm 。从那以后 ,微型 在众多的机器人内窥镜中 ,用于肠道检查的 医用机器人内窥镜的驱动机理和理论的研究更多